
- •2.2. Технические требования к преобразователю следующие:
- •Подготовка к проведению экспериментов
- •3.2. Принципиальную схему преобразователя и выполненный расчет представить преподавателю на проверку.
- •2.2. Технические требования к преобразователю следующие:
- •Подготовка к проведению экспериментов
- •3.2. Принципиальную схему преобразователя и выполненный расчет представить преподавателю на проверку.
- •2.2. Технические требования к преобразователю следующие:
- •Подготовка к проведению экспериментов
- •3.2. Принципиальную схему преобразователя и выполненный расчет представить преподавателю на проверку.
- •2.2. Технические требования к преобразователю следующие:
- •Подготовка к проведению экспериментов
- •3.2. Принципиальную схему преобразователя и выполненный расчет представить преподавателю на проверку.
- •2.2. Технические требования к преобразователю следующие:
- •Подготовка к проведению экспериментов
- •3.2. Принципиальную схему преобразователя и выполненный расчет представить преподавателю на проверку.
2.2. Технические требования к преобразователю следующие:
Преобразователь должен обеспечить интегрирование входного сигнала при условии нахождения выходного напряжения в стандартном диапазоне амплитуд (± 5В).
Амплитуда входного сигнала – от 0 до 400 мВ.
Частотный диапазон входного сигнала – от 200 до800 Гц.
Амплитуда выходного сигнала – 0 – 5 В.
Допустимая приведенная погрешность чувствительности – не более 2%.
2.3. При разработке схемы преобразователя необходимо исходить из аналитического выражения преобразования входного сигнала UВХ (t) в выходной UВЫХ (t) при использовании в качестве интегратора схемы на основе операционного усилителя:
R – входное сопротивление, С – емкость в цепи обратной связи.
Максимальный коэффициент передачи имеет место при частоте входного сигнала, равной 200 Гц. При косинусоидальном входном сигнале амплитудой UМ на выходе будет сигнал
и коэффициент передачи
Для стабилизации режима операционного усилителя по постоянному току параллельно конденсатору в цепь обратной связи подключают сопротивление номиналом 1,5 – 2,5 МОм.
Интегратор не решает задачи усиления сигнала датчика. Для этого используется дополнительная схема усилителя. Общий коэффициент передачи преобразователя равен произведению коэффициентов передачи каждого каскада.
Рекомендуемая схема преобразователя изображена на рис. 1 (студент вправе использовать любую другую). На схеме не показаны линии питания микросхем.
На операционном усилителе А1 собран высокоомный усилитель с коэффициентом передачи К1(ω) в общем случае; желательно чтобы коэффициент передачи был постоянным во всем диапазоне рабочих частот. В последнем предположении расчет усилителя сводится к выбору сопротивления R3 (обычно это сопротивление от 100 кОм до 1 МОм) и расчету сопротивления R2 из формулы:
,
где UВХ и UВЫХ – амплитуды напряжений соответственно на входе и выходе усилителя на микросхеме А1.
Назначение второго операционного усилителя А2 и элементов цепи – интегрирование входного сигнала. Расчет схемы интегратора сводится к выбору сопротивления R4 (обычно 20 - 100 кОм) и емкости С2 из условия, чтобы сопротивление R6 (как указывалось ранее, порядка 1,5 – 2,5 МОм) было много больше (100 – 200 раз) сопротивления конденсатора на самой низкой частоте.
А2
Вход
R 1
1.5-2.5МОм
А1
С1
Выход
R4
C2
R3
R7
R5
R2
R6
R4
Рис.1. Принципиальная схема преобразователя
Обычно, если допускает значение нижней частоты диапазона, выбирают конденсатор емкостью 0,1 мкФ.
2.4. Последовательность расчета преобразователя следующая.
2.4.1. Задаются сопротивлением R6 (от 1,5 до 2,5 МОм). Из требования малости реактивного сопротивления емкости С2 на нижней частоте диапазона преобразования определяют ее значение:
где fН – нижнее значение частотного диапазона преобразователя (200 Гц).
Выбирают конденсатор с номиналом, превышающем расчетное значение емкости С2. Обычно это конденсатор с емкостью 0,05 – 0,1 мкФ.
2.4.2. Задаются значением сопротивления R4 (20 – 100 кОм) и вычисляют максимальный коэффициент усиления К2 интегратора (на нижней частоте диапазона интегрирования):
2.4.3. Вычисляют общий максимальный коэффициент усиления преобразователя К как отношение максимальной допустимой амплитуды выходного сигнала (5В) к заданному максимальному значению амплитуды его входного сигнала (см. п. 2.2) .
Определяют коэффициент усиления первого каскада К1= К/К2.
Задаются значением сопротивления R3 (100 кОм – 1 МОм) и вычисляют значение сопротивления R2:
2.4.6. Конденсатор С1 предотвращает попадание на вход интегратора постоянного напряжения с выхода первого каскада и, тем самым, уменьшает погрешность нуля преобразователя. Чтобы конденсатор С1 существенно не влиял на амплитуду выходного сигнала его номинальное значение должно быть не менее 1 мкФ. Сопротивления R1 и R5 служат для установки на соответствующих входах операционных усилителей потенциала общего провода.