Система измерения давления в нефтепроводе
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
1 изображенная принципиальная электрическая схема смоделированного усилителя с датчиком. Электрическая схема отличается от схемы моделированной мною в среде моделирования MicroCap. Например, можно не моделировать конденсатор C1 представленный в приложение 3, т.к. он используется для сглаживания помех и не влияет на результаты. Схема усилителя с датчиком состоит из датчика, вырабатывающего напряжение, путем преобразования механической энергии в частоту, а затем в напряжение, интегрального операционного усилителя (ИОУ) типа AD8542, резисторов, обеспечивающих коэффициент усиления и конденсатора, использующийся для интегрирования входного сигнала во времени. Резистор R3 необходим, чтобы при отсутствии входного сигнала на выходе было нулевое напряжение. Источник сигнала (датчик) подключен через источник напряжения в 2.5 В и эти же 2.5 В подключены к не инвертирующему входу ОУ.
Коэффициент передачи усилителя на частоте 50 Гц может высчитываться и в децибелах (дБ) при VВх = 20 мВ, VВых = 730 мВ: K ? 31 дБ.
Усилитель сигнала датчика реализует передаточную функцию фильтра низких частот (ФНЧ) первого порядка. Изображение ЛАЧХ отображена на рис.6.2.
Усилитель предназначен для повышения мощности сигнала за счет энергии внешнего источника.
Усилитель характеризуется:
а) Коэффициентом усиления;
б) Инерционностью;
Рис.6.1 Схема моделированного усилителя в среде моделирования MicroCap.
От усилителя требуется наличие на выходе напряжения, превышающего входное в K раз. В соответствии с приведённой схемой на рис.6.1 усилитель подключен инверсным входом к источнику входного сигнала, следовательно выходной сигнал будет инвертирован после усиления. Подадим на инвертирующий вход ОУ сам входной сигнал с постоянным напряжением в 2.5 В с ИИОН, поделённый в K раз резистивным делителем напряжения, а на не инвертирующий - сигнал равный +2.5 В с ИИОН. Коэффициент усиления будет определяться резистивным делителем напряжения, состоящий из резисторов R2 и R3, соотношением сопротивлений резисторов входного и обратной связи:
, (3.7)
при R2 = 7.5 кОм и R3 = 274 кОм: К = 36.5.
Частотную характеристику коэффициента усиления от частоты можно наблюдать на рис.6.3.
Входное напряжение усилителя лежит в пределах от 0 до 20 мВ, следовательно после прохождения ОУ, с определенным К и напряжением на не инвертирующем входе в +2.5 В, на выходе усилителя это напряжение будет усиленно, инвертировано и колебаться в пределах 2.5 В. Переходную характеристику входа и выхода усилителя можно увидеть на рис.6.4.
Под инерционностью понимают некоторое запаздывание выходной величины усилителя относительно входной.
Под стабильностью характеристик усилителя понимают постоянство коэффициента усиления и амплитуды выходного напряжения, а также изменения выходного сигнала при постоянстве сигнала на входе (дрейф нуля).
Искажения, вносимые усилителем можно разделить на два вида: нелинейные и линейные. Искажения, связанные с наличием нелинейных элементов в усилителе, называются нелинейным искажениями. Искажения, обусловленные изменениями коэффициента усиления на различных частотах, называют частотными искажениями.
Усилитель должен обеспечивать такое максимальное выходное напряжение, при котором выходной каскад отдает максимальную мощность в нагрузку, а также выдерживать перегрузки входным сигналом и не должен давать значительного фазового сдвига выходного напряжения.
Для повышения стабильности работы, уменьшения нелинейных искажений и внутренних шумов используют отрицательную обратную связь.
При отрицательной обратной связи напряжение обратной связи и напряжение сигнала вычитаются и на вход подается их разность.
3.4.2 Выпрямитель прецизионный
На рис.6.5 изображена принципиальная электрическая схема смоделированного прецизионного выпрямителя. Выпрямитель состоит из ИОУ типа AD8542, резисторов R1, R2 и R3, разделительного конденсатора С1 ограничивающий полосу пропускания фильтра снизу, диодов D1 и D2.
Когда через диод проходит ощутимый прямой ток, наблюдается эффект перепада напряжения порядка 500 - 700 мВ. В случае применения диодов для выпрямления маленьких сигналов этот перепад напряжения оказывается существенным и может значительно исказить его. Прецизионное выпрямление предназначено для решения этой проблемы.
Прецизионный выпрямитель имеет два выхода, узлы М и Р обозначенные на рис.6.5., и осуществляет однополупериодное выпрямление положительных и отрицательных полуволн входного гармонического сигнала. При этом эффект перепада наблюдается, но очень незначительный, порядка 7 мВ. В этой схеме переменное напряжение подается на инвертирующий вход ОУ.
При прохождении отрицательной полуволны, она поступает на инвертирующий вход ОУ и преобразуется в положительную. Эта полуволна отсекается диодом D1 и на выход М поступает "нулевой" сигнал, а диод D2 пропускает положительную полуволну и она поступает на выход P.
При прохождении положительной полуволны, она поступает на инвертирующий вход ОУ и преобразуется в отрицательную. Данная полуволна не отсекается диодом D1 и на выход М поступает отрицательная полуволна, а диодом D2 отсекается и на выход М поступает "нулевой" сигнал.
На первом (узел М) и втором (узел Р) выходах выпрямителя присутствуют отрицательное и положительное напряжения соответственно, пульсирующие с частотой 50 Гц, которые поступают на входы дифференциального ФНЧ. Переходная хара?/p>