Проектирование устройства, осуществляющего обработку входных сигналов
Курсовой проект - Компьютеры, программирование
Другие курсовые по предмету Компьютеры, программирование
?ле чего в сумме получим необходимый номинал. Для R2=341 Ом это будут последовательно соединенные номиналы в 330 Ом и 11 Ом. Для R3=13,63 кОм ближайший заводской номинал равен 13 кОм, к нему мы последовательно подключим переменный резистор, значение которого отрегулируем при сборке схемы.
Из справочников выберем ОУ типа К140УД14 с малым выходным током.
На выходе схемы ФНЧ мы так же будем иметь сигнал 0...1В.
2.4 Перемножитель
Преобразованный и отфильтрованный сигнал Х1 необходимо возвести в квадрат. Предпочтение осуществления перемножения сигнала отдадим готовой ИС К525ПС2 (рис 2.3).
Рисунок 2.3 - ИС перемножителя К525ПС2
К525ПС2 представляет собой функционально законченное устройство. Схема включения этого перемножителя показана на рис. 2.3 (цифры в кружках - номера выводов). Этот перемножитель имеет три входа X, Y, и Z и три входа для регулировки смешения Xсм, Yсм и Zсм. Выходной сигнал снимается со встроенного ОУ. На инвертирующий вход этого усилителя через резисторы поданы сигналы, один из которых равен произведению XY, а другой на - Z. Соединяя различным образом эти входы и выходы перемножителя, можно осуществлять операции деления, извлечения из корня, возведения в квадрат (рис 2.4 а, б, в). Регулировку масштаба преобразования можно производить с помощью делителя, установленного, например, на входе Y как показано на рис. 2.3. Входные сигналы перемножителя К525ПС2 могут изменяться в пределах 10,5 В, погрешность умножения не более 1%.
а) б) в)
Рисунок 2.4 - способы включения ИС К525ПС2
Для возведения сигнала в квадрат нам необходимо использовать схему подключения изображенную на рис. 2.4 в. Выходное напряжение будет рассчитываться по формуле
Где мы видим, что возведенный в квадрат входной сигнал будет слабее в 10 раз, для того что бы усилить сигнал в 10 раз будем использовать неинвертирующий усилитель (рис 2.5).
Рисунок 2.5 - схема включения неинвертирующего ОУ.
На вход умножителя мы подаем сигнал 0...1 В, поэтому на выходе умножителя выходной сигнал будет равен:
Рассчитаем коэффициент усиления ОУ. На выходе нам необходимо получить сигнал в 10 В.
На выходе схемы будем иметь напряжение 0....10 В.
Коэффициент усиления ОУ
электрический схема вычислительный сигнал
Найдем номиналы резисторов, зададимся номиналом резистора R1=1 кОм, тогда из выражения найдем Rос
кОм
Ближайший номинал для Roc примем 10 кОм.
Рассчитаем R2
Ом
Ближайший номинал возьмем R2=1 кОм.
Для данной схемы так же используем ОУ типа К140УД14.
.5 Логарифматор
С выхода перемножителя мы имеем сигнал 0...10 В, который нам надо прологарифмировать. Для получения логарифмической характеристики усилителя необходимо иметь устройство с логарифмической характеристикой и включить его в цепь обратной связи (рис 2.6), такой характеристикой обладает полупроводниковый p-n-переход. Известно, что ток через полупроводниковый диод равен
(1.2)
Где I0 - ток утечки при небольшом обратном смещении (тепловой ток, возникающий в следствии тепловой генерации пар электрон - дырка; ?Т - термический потенциал.
Рисунок 2.6 - схема логарифматора на ОУ.
Термический потенциал при Т=200 равен 26 мВ.
При U>>26 мВ имеем:
(1.3)
откуда найдем напряжение на выходе Uвых
(1.4)
Выходное напряжение схемы (рис 2.6) равно напряжению на диоде с обратным знаком (1.5).
(1.5)
Из (1.5) видно, что имеется два температурных эффекта, подлежащих компенсации: температурная чувствительность масштабного коэффициента ?Т и температурная чувствительность постоянной составляющей ?Тln(I0).
По справочнику найдем диод, с малым обратным током. Диод типа КД520А, его параметры:
постоянное прямое напряжение Uпр, В…………1
постоянный обратный ток Iдо, мкА…………......1
Максимальный ток диода Iд max в цепи ОС, при котором влиянием его собственного сопротивления можно пренебречь, составляет 0,5 мА.
Сопротивление резистора R1 определяем из условия Uвх max/ R1 = Iд max, отсюда находим R1 = Uвх max / Iд max = 10/ 0,5 10 = 20 кОм.
Найдем выходное напряжение
В
Но как нам известно натуральный логарифм от входного сигнала должен быть равен ln(10)=2.303. Для того что бы нам на выходе получить сигнал необходимой мощности будем использовать инвертирующий ОУ (рис 2.7).
Рисунок 2.7 - инвертирующий ОУ.
Коэффициент усиления ОУ
От куда примем Roc=14 кОм, R1=1 кОм, R2= Roc.
Таким образом получаем
для логарифмирующей схемы: R1=R2=20 кОм.
для усилителя: Roc=14 кОм; R1=1 кОм, R2=14 кОм.
На выходе схемы мы получим напряжение 0…2,3 В.
ОУ - К140УД14.
Испытания схемы приведены в приложение А.
2.6 Схема ПТН
Входной сигнал Х2 представляет собой постоянный ток 0....10 мА. Для его преобразования будем использовать схему ПТН на основе ОУ (рис 2.8). В данной схеме практически весь входной ток протекает через сопротивления обратной связи и выходное напряжение равно Uвых = - Iвх Rос.
Рисунок 2.8 - схема преобразователя постоянного тока в напряжение.
Найдем сопротивление в цепи ОС, на выходе схемы нам надо получить максимальное напряжение в 1 В, тогда мы имеем:
Rос= Uвых/Iвх= 1/10=1 кОм.
Rос=1 кОм.
На выходе схемы получим, инвертированный сигнал, напряжением