Измерительный преобразователь переменного напряжения в постоянное
Курсовой проект - Компьютеры, программирование
Другие курсовые по предмету Компьютеры, программирование
прямляется напряжение небольшой амплитуды, то необходимо выбрать схему измерительного выпрямителя, в которой выпрямляющие диоды были бы включены внутри цепи отрицательной обратной связи.
Выбираем схему двухполупериодного выпрямителя на ОУ с выходным сглаживающим фильтром, изображённую на рис. 9.
Рис. 9 - Принципиальная схема выпрямителя
В этой схеме диоды исключены из цепи обратной связи и поэтому падение напряжения на них не влияет на коэффициент передачи, а лишь увеличивает напряжение на выходе DA1.
Разберём работу схемы без учёта влияния конденсатораС1.
При положительной полуволне входного сигнала на выходе DA1 образуется отрицательное напряжение и диод VD1 открывается (а диод VD2 закрыт). При этом в точке соединения R2 и R3 образуется напряжение , которое передаётся на выход DA2 с коэффициентом передачи и получается . Это напряжение суммируется с входным напряжением, поступающим по цепи R4 - R5 . Таким образом, при положительной полуволне входного сигнала на выходе DA2 образуется положительная полуволна напряжения
При отрицательной полуволне входного сигнала на выходе DA1 образуется положительное напряжение и диод VD1 закрывается, а диод VD2 открывается. Через резистор R2 ток не течёт и в точке соединения R2 и R3 напряжение равно нулю. На выходе DA2 образуется положительная полуволна напряжения
Если соблюсти условие , то модули коэффициентов передачи для положительной и отрицательной полярностей будут равны. При этом, если и , то .
При подключении конденсатора С1 выходной каскад DA2 превращается в фильтр нижних частот первого порядка, который отсекает частоты выше fв, уменьшая шумовую составляющую на выходе устройства.
.2 Расчёт значений элементов
Значение R1 выбираем из условия наименьшего влияния входных токов.
Сопротивления таких номиналов могут вызывать большие паразитные наводки, поэтому выбираем R1 =10кОм.
Полагая R1 = R2 = R3 = R5 = R6, рассчитываем R4 =2R3 = 20 кОм.
Рассчитываем сопротивления резисторов R7 и R8.
По шкале номиналов выбираем R7 = 3,3 кОм, R8 = 3,9 кОм.
Значение ёмкости конденсатора С1 рассчитываем, исходя из следующих соображений: на частоте среза fc сопротивление конденсатора хС должно быть равно сопротивлению R5, тогда на этой частоте коэффициент передачи уменьшится на 3 дБ. Выбираем fc= 125 кГц, тогда , откуда
По шкале номиналов выбираем С1 = 120пФ.
В качестве выпрямительных диодов выбираем импульсный диод типа КД510А, основные параметры которого сведены в табл.6.
усилитель выпрямитель напряжение стабилизатор
Таблица 6
Ток прямой допустимый, А0,2Обратный ток, мкА5Обратное допустимое напряжение, В50Время восстановления обратного сопротивления, нс10Межэлектродная ёмкость, пФ4Диапазон рабочих температур, С?-60+125Прямое падение напряжения, В1,1
На выходе выпрямителя образуется пульсирующее напряжение с действующим значением 52мВ.
4. Расчёт фильтра
В качестве фильтра выбран инвертирующий каскад на ОУ с конденсатором в цепи обратной связи. Тип ОУ - Кр140УД282, его параметры и схема включения приведены соответственно в табл.5 и на рис.8. Этот ОУ имеет малое напряжение смещения и очень маленькие входные токи.
Принципиальная схема фильтра приведена на рис. 10.
Рис. 10 - Принципиальная схема фильтра
При проектировании фильтра необходимо решить 2 задачи:
уменьшить размах пульсаций выпрямленного напряжения до значения меньшего заданной погрешности преобразования;
реализовать усиление напряжения сигнала с К3 =8.
Значение сопротивления R1 =20 кОм выбираем из тех же соображений, изложенных в п.3.2. Тогда
По шкале номиналов выбираем R2 = 160 кОм.
Подсчитываем значение
По шкале номиналов выбираем R3 = 18 кОм.
Постоянная времени фильтра равна должна быть больше времени периода Т низшей частоты заданного диапазона fн в раз.
Окончательно получаем:
По шкале номиналов выбираем С1 = 0,15мкФ.
На выходе фильтра образуется постоянное напряжение
5. Расчёт буферного каскада
Буферный каскад должен решать две задачи:
обеспечивать усиление сигнала по напряжению с К4 = 12;
допускать регулировку коэффициента усиления для получения заданного коэффициента передачи всего измерительного преобразователя.
Каскад реализуется на втором ОУ микросхемы, использованной для построения фильтра, и его принципиальная схема представлена на рис. 11.
Рис. 11 - Принципиальная схема буферного каскада
Полагаем значение R1 = 10 кОм, тогда R2 = R1*К4 = 10*12=120 кОм.
Считаем допустимой регулировку коэффициента усиления на 10%. Следовательно, изменение R1 должно составлять 1 кОм.
Таким образом, окончательно имеем:= 2 кОм, R1 = 9,1 кОм, R2 = 120 кОм.
Рассчитываем сопротивление резистора R3
По шкале номиналов выбираем R3 = 9,1 кОм.
На выходе буферного каскада образуется выходное напряжение 3 В.
6. Определение расчётного значения общего коэффициента передачи
Рассчитываем коэффициенты передачи всех каскадов с учётом выбранных номинальных значений сопротивлений резисторов.
Таким образом, регулировка значения коэффициента передачи потенциометром в буферном каскаде позволяет достичь заданного коэффициента К=192.
Все постоянные резисторы выбираем типа МЛТ 0,125Вт 5%.
7. Выбор стабилизатора напряжения
Заданное напряжение питания составляет 26 В при нестабильности 25%. Таким образом на вхо