Проектирование устройства, осуществляющего обработку входных сигналов
Курсовой проект - Компьютеры, программирование
Другие курсовые по предмету Компьютеры, программирование
-1...0 В.
Выберем ОУ типа К140УД14 с малым входным током.
.7 Дифференциатор
Преобразованный сигнал Х2, в напряжение, нам необходимо продифференцировать. Дифференцирование осуществим при помощи схемы основанной на ОУ (рис 2.9). На его вход мы подаем сигнал 0...-1 В.
Дифференциатор создает на выходе напряжение пропорциональное скорости изменения входного напряжения. При дифференцировании усилитель должен пропускать только переменную составляющую входного напряжения и коэффициент усиления сигнала должен возрастать при увеличении скорости изменения входного сигнала. Выполнить эти требования позволяет использование в качестве входного элемента ОУ конденсатор С1. что бы получить напряжение выходного сигнала вспомним, что ток через конденсатор имеет вид iC=C(DuC/dt). Напряжение на конденсаторе равно входному напряжению Uвх. Примем что ОУ идеальный, то ток через сопротивление обратной связи можно считать равным току через конденсатор, т.е. iR=-iC. Но Uвых=RiR=-iCR, поэтому
(1.6)
Уменьшение реактивного сопротивления ХС с увеличением частоты приводит к тому, что схема дифференциатора имеет высокий коэффициент усиления по отношению к высокочастотным составляющим на входе, даже если их частоты лежат выше полосы частот полезного сигнала. Поэтому наряду с высокочастотными составляющими спектра полезного сигнала схема усиливает собственные шумы сопротивлений и полупроводниковых элементов. Кроме того, возможна тенденция к потере устойчивости в области частот, где частотная характеристика дифференциатора (имеющая подъем 6 Дб/октава), откуда возможно само возбуждение.
Во избежание этих нежелательных свойств, используют меры по его стабилизации. На рисунке 2.9 изображена схема скорректированного дифференциатора.
Рисунок 2.9 - схема скорректированного дифференциатора
Конденсатор С2 выбирается таким образом, что бы участок характеристики со спадом 6 Дб/октава начинался на частоте более высокой, чем максимальная частота полезного дифференцируемого сигнала; при этом уменьшается доля высоко частотных шумов в выходном сигнале.
Сопротивление R1 ограничивает коэффициент усиления на высоких частотах, обеспечивает динамическую устойчивость и снижает входной емкостной ток схемы, отбираемый от источника сигнала.и С2 выбирают так, что бы R1С1= R1С2 и fB=fcp.
Информационная частота сигнала составляет одну декаду и простирается от 30 Гц до 300 Гц и именно этот диапазон должен пропускать дифференциатор.
Частота среза примем максимальную частоту сигнала - 300 Гц. Граничные частоты рабочего диапазона дифференциатора связаны с элементами схемы f н =1/( 2p R2 C1) , f в = 1/( 2p R1 C1). Зададимся емкостью С1=0,5 мкФ, после чего найдем сопротивления резисторов R1 и R2.
R1= 1/ (2p f в C1) = 1/ (2p 300 0,5 10 -6 ) = 1,1 кОм
R2 = 1/ (2p f н C1) = 1/ (2p 30 0,5 10 -6 ) = 11 кОм
Ёмкость конденсатора С2 определяем из вырания f ср = 1/ (2p R2C2).
C2=1/( 2p R2 f ср ) = 1/ (2p 300 1110) = 50 нФ
Сопротивление R3 служит для симметрирования входной цепи ОУ и должно быть равным активному сопротивлению, соединённому с инверсным входом ОУ, номинал R3 тоже принимаем равным 11 кОм. Ближайший заводской номинал (по стандарту Е24) для емкости C2 будет равен 51 нФ.
Таким образом, получаем
С1=0,5 мкФ; C2=51 нФ; R1=1,1 кОм; R2 = R3=11 кОм
На выходе дифференциатора мы получим сигнал 0...10 В.
Испытания схемы приведены в приложении .
2.8 Неинвертирующий сумматор
Сигнал поступающий от логарифматора нам необходимо сложить с сигналом поступающим с дифференциатора. Суммирование будем осуществлять при помощи схемы неинвертирующего сумматора (рис 2.10).
Рисунок 2.10 - схема неивертирующего сумматора
Неивертирующий сумматор формирует алгебраическую сумму двух напряжений и не меняет их знак на обратный. Для суммирования сигналов в правильном масштабе необходимо, чтобы выполналось условие R1=R2.
Схема неивертирующего сумматора представляет собой частный случай схемы сложения-вычитания. Все входные напряжения подаются на неивертирующий вход ОУ.
Для того чтобы выходное напряжение усилителя определялось выражением
(1.7)
должно выполняться условие
(1.8)
то есть (1.9)
Необходимую балансировку схемы можно выполнять при помощи соответствующего подбора сопротивления резистора R.
Для расчета номиналов схемы сумматора зададимся величинами сопротивления R`=1 кОм. Для того что бы выполнялось соотношение (1.7) и оба сигнала были сложены в одинаковым масштабом, примем величины сопротивлений R1=R2=R`. После чего из выражения (1.9) найдем величину сопротивления R
Ом.
Рассчитаем выходной сигнал, неивертирующего сумматора. С выхода логарифматора мы подаем на Uвх1 сумматора сигнал 0...2,3 В. С выхода дифференциатора на вход Uвх2 напряжение 0...10 В, тогда по выражению (1.7) получим
В.
ОУ - К140УД14.
2.9 ПНТ
На выходе нашей схемы нам необходимо получить постоянный ток 0...10 Ма. Выходным сигналом ПНТ является ток, сила которого в нагрузке определяется входным напряжением. В схеме ПНТ ОУ охватывается отрицательной ОС по току, (рис. 2.11).
Рисунок 2.11 - схема ПНТ
Схемы постоянного тока построенные на основе ОУ можно разделить на две группы:
источники тока с плавающей нагрузкой, т.е. нагрузкой, выводы которой не соединяются с общей шиной;