3.3. Схема автоматического выбора пределов измерения и определения знака.

Устройство автоматического выбора предела измерения служит для приведения значения входного сигнала к основному пределу измерения 4,096В. Принцип действия устройства основан на изменении коэффициента передачи схемы в зависимости от величины входного напряжения.

С хема автоматического выбора пределов измерения и определения знака представлена на рис.3.3.

Рис.3.3. Схема автоматического выбора пределов измерения и определения знака.

Выберем в качестве компараторов DA6, DA7 и DA8КМ597СА2, в качестве ключа DA9 выбираем К590КН8, в качестве ОУ DA10 К140УД26А.

При Uвх > 0,4096В (предел 4,096В) DA6 и DA7 выдадут «1», коэффициент усиления масштабирующего усилителя:

(3.9)

При 0,04096В < Uвх < 0,4096В (предел 0,4096В) DA6 выдаст «0», аDA7 выдаст «1».

Тогда коэффициент усиления масштабирующего усилителя:

(3.10)

При Uвх < 0,04096 (предел 0,04096В) DA6 и DA7 выдадут «0», коэффициент усиления масштабирующего усилителя:

(3.11)

Для индикации пределов измерения выведем сигналы со сторожевых компараторов на разъем.

По справочнику выбираем прецизионные резисторы со следующими номиналами:

R17 типа С2 - 29В - 0,25 – 2кОм ± 0,05 % (из ряда Е192),

R18 типа С2 - 29В - 0,25 – 2,15кОм ± 0,05 % (из ряда Е192),

R20 типа С2 - 29В - 0,25 – 21,5кОм ± 0,05 % (из ряда Е192),

R22 типа С2 - 29В - 0,25 – 200кОм ± 0,05 % (из ряда Е192),

R19 типа СП3 – 39В - 0,5 – 150Ом ± 10 % (из ряда Е6),

R21 типа СП3 – 39В - 0,5 –1,5кОм ± 10 % (из ряда Е6).

Резистор R23 предназначен для внешней балансировки (установка нуля) микросхемы ОУ К140УД26А (стандартная схема включения). Резистор R23 типа СП3-16а- 0,125 - 10кОм с допуском ±10% (из ряда Е6).

Резистор R24 необходим для уменьшения изменений выходного напряжения, вызванных временными и температурными колебаниями входных токов. Его значение выбирают таким, чтобы эквивалентные сопротивления, подключённые к входам ОУ, были одинаковы. Сопротивления этого резистора рассчитывают по формуле:

, (3.12)

где Rос – сопротивление обратной связи усилителя DA10.

R24 ≈ R17 = 2кОм.

Резистор R24 выбираем типа МЛТ – 0,125 – 2кОм ±5% (из ряда Е192).

Для работы схемы автоматического выбора пределов измерения в данной курсовой работе необходим простейший пиковый детектор с ОУ DA4 – К140УД26А (активный ПАЗ) на входе (перед компаратором).

Использование выпрямительных элементов в сочетании с ОУ позволяет существенно снизить порог чувствительности ПАЗ (на один-два порядка по сравнению с пассивными ПАЗ), уменьшить влияние нелинейности и нестабильности характеристик выпрямительных элементов.

Преобразуемое переменное напряжение подается на неинвертирующий вход ОУ. Если Uвх>0, диод VD2 смещается в прямом направлении, подключая С6 к выходу ОУ. Конденсатор С6 заряжается до амплитудного значения Uвх с постоянной времени, определяемой ёмкостью и малым выходным сопротивлением ОУ с отрицательной единичной обратной связью. При уменьшении Uвх диод смещается в обратном направлении, отключая С6 от выхода усилителя. Скорость разряда определяется значением ёмкости и значением сопротивления включенного параллельно конденсатору - главным образом значением входного сопротивления устройства, включенного на выход ПАЗ. Диод VD1 фиксирует выходное напряжение ОУ на уровне, равному – U_D, что уменьшает время, необходимое для перехода от режима разряда конденсатора С6 к режиму заряда. Резистор R11 = 2кОм защищает выход ОУ от короткого замыкания. Погрешность преобразования определяется неидеальностью ОУ, конечным значением обратного сопротивления диодов и наличием тока утечки конденсатора С6.

В качестве диодов VD1 и VD2 выбираем диоды типа КД522А.

 заряда пикового детектора должно быть меньше  выборки УВХ.

(3.13)

где Rвых – выходное сопротивление ОУ, Rвых = 70 Ом.

Отсюда конденсатор C = 2000пФ.

Выбираем:

С6 типаК71-6 - 300В - 2000пФ ± 0,5 %.

Резистор R12 предназначен для внешней балансировки (установка нуля) микросхемы ОУ К140УД26А (стандартная схема включения). Резистор R12 типа СП3-16а- 0,125 - 10кОм с допуском ±10% (из ряда Е6).

Резистор R11 выбираем типа МЛТ – 0,125 – 2кОм ±5% (из ряда Е192).

Для определения знака входного сигнала необходимо предусмотреть схему определения знака, которая подключается после ФНЧ.

В качестве такой схемы выберем быстродействующий компаратор DA8КМ597СА2,предназначенный для управления ТТЛ-схемами.

Компаратор включен так, что переключается при переходе через нуль (подача ‘земли’ на инвертирующий вход).

Источник опорного напряжения представляет собой интегральный стабилизатор напряжения DA5 (AD586) и прецизионный резистивный делитель на 10 и на 100 (R14, R15 и R16). С помощью подстроечного резистора R13 выставляется Uвых стабилизатора. В данной схеме Uвых = 4,096В. На выходе резистивного делителя присутствуют напряжения 0,4096В и 0,04096В.

В качестве ИОН используется микросхема AD586, которая выдает на выход 4,096В.

Преимущества AD586:

• Высокая точность, достигаемая путем калибровки при помощи лазера 5.000В mВ

• Малый ток покоя 3mА

• Возможность подстройки Uвых

• Диапазон температур-55⁰С ... +125⁰С

т ест вывод ТР1 8NR шумоподавление

U вх +Vin2 7ТР тест вывод

т ест вывод ТР 36VoutUвых

з емля GND45TRIMподстройка Uвых

Рис.3.4. Цоколёвка ИОН AD586.

Для схем, требующих еще более высокой точности, предусмотрен дополнительный вывод точной подстройки Uвых.

AD586 имеет очень низкий уровень выходных шумов, как правило 4мкВ. Предусмотрен специальный вывод шумоподавления для дополнительной фильтрации шума при помощи внешней емкости.[8]

Конденсатор С5 обеспечивает частотную коррекцию стабилизатора.

Конденсатор С7 обеспечивает сглаживание выходного сигнала.

С5 типаК10-17-1а - 50В - 100пФ ± 10 % (из ряда Е192),

С7 типаК10-47а - 50В – 100нФ ± 30 % (из ряда Е192),

R14 типа С2 - 29В - 0,25 – 200Ом ± 0,05 % (из ряда Е192),

R15 типа С2 - 29В - 0,25 – 18кОм ± 0,05 % (из ряда Е192),

R16 типа С2 - 29В - 0,25 – 1,8кОм ± 0,05 % (из ряда Е192),

R13 типа СП5–14 - 1 –15кОм ± 10 % (из ряда Е6).