Измерительный преобразователь переменного напряжения в постоянное
Курсовой проект - Компьютеры, программирование
Другие курсовые по предмету Компьютеры, программирование
ичении частоты в 10 раз). Следовательно, на частоте f1 крутизна спада АЧХ будет 40 или 60 дБ/дек. Такой усилитель будет возбуждаться при включении его с цепью отрицательной обратной связи. Для получения устойчивого усиления необходимо скорректировать АЧХ ОУ путём подключения корректирующего конденсатора Ск так, чтобы усилитель работал как звено первого порядка.
АЧХ в логарифмическом масштабе (диаграмма Боде) для нескорректированного и для скорректированного ОУ представлена на рис. 4.
Рис. 4 - АЧХ ОУ
Таким образом, коэффициент усиления разомкнутого ОУ на частотах fН и fВ соответственно равен:
Коэффициент усиления инвертирующего усилителя, представленного на рис.3., для сигнала постоянного тока (К> ?) К10=R2/R1=2. При конечном значении КУР коэффициент усиления уменьшается:
где коэффициент обратной связи.
Множитель есть относительная ошибка ?.
Подсчитываем относительную ошибку на частотах fН и fВ соответственно:
Подсчитываем модуль суммарной погрешности :
Получили суммарную погрешность меньше заданной следовательно выбранный тип ОУ пригоден для схемы предварительного усилителя.
2.2 Расчёт параметров модели погрешности
Подсчитанные выше погрешности, зависящие от частоты входного сигнала и значения f1 ОУ, можно представить как сумму модулей аддитивной и мультипликативной погрешностей, причём график зависимости общей погрешности от частоты в общем случае имеет нелинейный характер как показано на рис. 5.
Рис. 5 - Графики погрешностей
Этот вид погрешности можно минимизировать путём включения корректирующего звена. Для этого аппроксимируем кривую погрешностей в виде линейной функции по методу наименьших квадратов.
Разобьём частотный диапазон на 5 участков:
Примем отклонение f1 от номинального значения на 10% и 20%:
Подсчитаем погрешность коэффициента передачи для каждого значения f1 во всех выбранных точках частоты входного сигнала по формуле:
Значения погрешностей вычислены с помощью программы Excel и сведены в табл. 2:
Таблица 2
2400000027000000300000003300000036000000fp125000-0,3125-0,27778-0,25-0,22727-0,20833-0,25517fp250000-0,625-0,55556-0,5-0,45454-0,41666-0,51035fp370000-0,875-0,77778-0,7-0,63636-0,58333-0,71449fp490000-1,125-1-0,9-0,81818-0,75-0,91863fp5110000-1,375-1,22222-1,1-1-0,91666-1,12277
Коэффициенты b и k аппроксимирующей функции находим из следующих выражений:
В формулах использованы следующие обозначения:
- количество участков;
- среднее значение относительной погрешности коэффициента усиления для каждого значения рабочей частоты;
- значение рабочей частоты.
Вычисления компонентов вычислены с помощью программы Excel и сведены в табл. 3:
Таблица 3
Вычисление коэффициента kn=5n?yx-1440473?y?x-1214897n?yx-?y?x-2255766n?xx1,41E+11?xx1,19E+11n?xx-?xx2,21E+10k-1,021E-05Вычисление коэффициента bn=5?y-3,521439?xx2,82E+10?y?xx-9,93E+10?yx-288094,6?x345000?yx?x-9,93E+10?y?xx-?yx?x0n?xx-3,521439?xx2,82E+10?y?xx-9,9E+10b0
Для построения графика функции частотной погрешности вычисляем её значения в отдельных точках. Расчёты сведены в табл.4.
Таблица 4
fp25000500007000090000110000/?i/ср?i-0,255-0,5103-0,7144-0,91863-1,122770,7042878
График представлен на рис. 6.
Рис. 6 - График функции частотной погрешности
2.3 Расчёт значений элементов
Принципиальная электрическая схема предварительного усилителя приведена на рис. 7.
Рис. 7 - Принципиальная схема предварительного усилителя
Основными параметрами ОУ, которые могут внести погрешность, являются напряжение смещения Uсм и входные токи Iвх.
Напряжение смещения Uсм компенсируется потенциометром R8.
Влияние входных токов уменьшается путём включения резистора R3, сопротивление которого выбирают равным общему сопротивлению резисторов (R2//R1//(R4+R5//R6)) относительно инвертирующего входа. В этом случае погрешность будет вносить разность входных токов ?Iвх. Для исключения влияния ?Iвх следует выбирать значение сопротивления R1 таким, чтобы падение напряжения на нём от ?Iвх было намного меньше входного напряжения ес:
Выбираем ближайшее номинальное значение R1=820 Ом.
Выбираем R2= 1,6 кОм.
Для минимизации мультипликативной частотной погрешности включаем делитель из резисторов R5 и R6 и суммирующий резистор R4.
Полагаем R4= R6= R1. тогда из выражения рассчитываем значение сопротивления R5.
Здесь - напряжение поправки;
- среднее значение модуля частотной погрешности из табл.4.
Выбираем ближайшее номинальное значение R5=180 кОм.
Определяем сопротивление R3:
Выбираем R3 = 430 Ом.
Рассчитываем значение ёмкости корректирующего конденсатора:
Определяем действующее напряжение на выходе предварительного усилителя:
3. Расчёт выпрямителя
.1 Выбор типа операционного усилителя и схемы выпрямителя
Для реализации схемы выпрямителя применим сдвоенный быстродействующий ОУ с полевыми транзисторами на входе типа КР140УД282. Его параметры приведены в табл.5, а схема включения - на рис.8. Этот ОУ имеет внутренние цепи коррекции АЧХ и поэтому работает устойчиво вплоть до Ку=1.
Таблица 5
Напряжения питания Uп, В518Ток потребления Iп, мА8Выходное напряжение Uвых, В (для Uп=15В)10Напряжение смещения Uсм, мВ0,8Входные токи Iвх, нА0,01Разность входных токов ? Iвх, нА0,01Коэффициент усиления, дБ100Коэффициент подавления синфазного сигнала, дБ100Частота единичного усиления f1, МГц4
Рис. 8 - Схема включения ОУ КР140УД282
Так как вы