Преобразователь Напряжение-Частота
Рассчитаем элементы принципиальной схемы преобразователя напряжение – частота.
Зададим следующие параметры:
Напряжение питания: Ep=15В;
Диапазон работы преобразователя:
Минимальное входное напряжение: Uintmin=0,2В
Максимальное входное напряжение: Uintmax=10В
Максимальная частота: Fmax=5кГц
Минимальная частота: Fmin=100Гц
Также зададим:
:
Kd=R2/(R1+R2)- коэффициент делителя на резисторах R1 и R2 (Kd<0.5): Kd=0,3
Id [A] - ток через делитель при Uintmax [B], Id=0,1мА
Минимальный ток интегрирования: Imin=5мкА
Выберем марку ОУ из условия, что максимальная скорость Vou изменения выходного напряжения ОУ должна быть не ниже, чем: Vou = (2*Ep)/(0.01*Tmin [В/с], где:
[В/c]
Выберем ОУ марки LF400C.
Вычислим сопротивления R1 и R2:
Напряжение стабилизаци Ust =9 [B]
Номинальный ток стабилизации Ist = 0,5*10-3[A]
Напряжение порога триггера определяется как Upor=0.6+Ust=9,6 [B], где 0.6 - напряжение на прямосмещенном стабилитроне.
Введем максимальный уровень выходного напряжения Umax=13[В].
Сопротивление R6 определим как:
Сопротивление R5 зададим равным 100 кОм.
Далее рассчитаем параметры преобразователя, когда выходное напряжение триггера Шмитта представляет собой меандр (Т1-длительность положительного импульса, Т2-длительность отрицательного, Т1=Т2).
Сопротивление R4 определяется как:
Чтобы при заданном напряжении Uintmax иметь длительность Т2min, конденсатор С1 должен иметь следующую величину:
Для равенства времен Т1=Т2 сопротивление R3 должно быть равно:
Коэффициент преобразования Kpr [Гц/В] (F=Kpr*Uint):
Рис Схема исследуемого преобразователя U-F.
Рис. Осциллограммы напряжений и тока преобразователя U – F при заданном минимальном входном напряжении.
Рис. Осциллограммы напряжений и тока преобразователя U – F при заданном максимальном входном напряжении.
Блок формирования синусоидального сигнала.
Синусоидальный сигнал формируется и треугольного сигнала путем линейной аппроксимации. Формирователь синусоидального сигнала реализует следующее выражение:
.
Для малых значений сигнала можно записать как
.
Вблизи нуля
выполняется равенство
,
поэтому амплитуду выходного сигнала
можно выразить из амплитуды входного
сигнала:
.
Зададим 10 точек излома, т.е. 2n = 10. Тогда значения выходного сигнала в токах излома можно определить по формуле:
,
Наклоны соответствующих аппроксимирующих отрезков определяются по формуле:
,
Рис. Принципиальная схема формирователя синусоидального сигнала из треугольного сигнала.
Рассчитываем по предпоследней формуле значения выходного напряжения в точках излома:
,
,
,
,
.
Необходимо учесть, что диоды должны открываться при напряжении меньше Uвыхk. Выбираем все диоды марки КД102А. Тогда с учетом реальных характеристик диодов получаем следующие значения выходных напряжений:
,
,
,
,
.
По формуле (32) вычисляем значения наклонов аппроксимирующих отрезков:
,
,
,
,
,
.
Зададим входное сопротивление R0= 2,2кОм, тогда можно найти сопротивления R7, R8, R9 и R10 через рассчитанные наклоны аппроксимирующих отрезков:
,
,
,
.
Получаем следующие значения: R7=22кОм, R8=9.1кОм, R9=4,3кОм, R10=1,3кОм.
Зададимся током делителя Iд равным 10мА, тогда можно найти значения резисторов R1…R6:
;
;
;
;
;
.