Выбор и расчет измерительного усилителя
Измерительные усилители предназначены для нормализации сигнала после измерительных схем, приведения его к стандартному уровню.
Напряжение внутренней диагонали мостовой схемы необходимо усилить до величины, которая соответствует максимальному входному напряжению аналого-цифрового преобразователя равно Uпит АЦП =10 В, напряжение с датчика при этом
Uвых.m = 0,81 В.
В справочных данных на ОУ К140УД5Б напряжение питания Uи.п.= ±12 В.
Типовая схема инструментального усилителя на К140УД5Б:
Расчет:
Положим
Напряжение на выходе усилителя при этом определяется по формуле:
Uвых
=
По таблице 2 принимаем R2=100кОм, R1=10кОм, R3=10кОм
По
ГОСТу принимаем
тогда
Напряжение
на выходе усилителя:
.
Аналоговый выходной сигнал усилителя рассчитан на подачу на вход АЦП. Уровень этого сигнала согласован с входным диапазоном АЦП.
Выбор демодулятора
Демодулятор устанавливают на выходе усилителя, поэтому приведенный ко входу усилителя дрейф нуля пренебрежно мал. Демодулятор обеспечивает получение постоянного (медленно меняющегося) напряжения или тока. Для уменьшения погрешностей преобразования, обусловленных нелинейностью ВАХ диодов, в точных выпрямителях используют операционные усилители.
В зависимости от того, какой параметр переменного напряжения надо измерить, различают демодуляторы среднего значения, амплитудные, действующего значения, фазовые и частотные.
Пассивный демодулятор среднего значения выполнен в виде двух диодов VD1 и VD2. Данная схема является нефазочувствительной (НФЧВ).
Поскольку сигнал не требует усиления, то
R1=R2
Uвых = Uвх = 10 В.
Выбор и расчет активного фильтра 2-го порядка
Аналоговые активные фильтры на основе ОУ подключают к выходу демодулятора.
Фильтры низких частот (ФНЧ) используются для выделения постоянной составляющей выходного напряжения, нейтрализации помехи и улучшения качества сигнала.
ФНЧ пропускают полезный сигнал на выход, фильтруя при этом высокочастотные сигналы.
Исходные данные:
fср = 600 Гц
K0=2,5
Расчет:
Принимаем C=C1=C2
При
этом C=
Принимаем R1=R2=R
При этом:
Округляем до табличного значения R = 2,7 кОм
Запишем формулу для определения коэффициента усиления в полосе пропускания
=
2,5
Отсюда определим значения сопротивлений R3, R4:
Выбираем из номинальных значений ряда Е24:
R4 = 6,8 кОм
R3 = 4,7 кОм
Выбор мультиплексора.
Для коммутации аналоговых сигналов после ФНЧ устанавливают аналоговый мультиплексор (АМХ). Он осуществляет выборку в соответствии с кодом адреса одного из нескольких входов и подключает его к выходу.
Следовательно будем использовать мультиплексор на 8 разрядов и 3 адресных входа:
n = 3
Nинф = 2 n = 8
Составим таблицу истинности:
Адресные входы |
|
|||
А0 |
А1 |
А2 |
Выход,Y |
|
0 |
0 |
0 |
X1 |
|
0 |
0 |
1 |
X2 |
|
0 |
1 |
0 |
X3 |
|
0 |
1 |
1 |
X4 |
|
1 |
0 |
0 |
X5 |
|
1 |
0 |
1 |
X6 |
|
1 |
1 |
0 |
X7 |
|
1 |
1 |
1 |
X8 |
|
Запишем логическое выражение:
