2.3 Преобразователь напряжение–частота

2.3.1 Электрический расчет

Для этого блока выберем схему Преобразователь напряжение-частота с двумя операционными усилителями и полевым транзистором в качестве ключа [3], она изображена на рисунке 6.

Рисунок 7 – Схема ПНЧ.

Согласно пункту 2.1.1, базовое напряжение питания для всех усилителей в устройстве – ±15 В, будем подбирать ОУ для этой схемы исходя из этого.

Входные параметры	Выходные параметры

Зададимся некоторыми параметрами схемы:

Коэффициент делителя на резисторах R1 и R2 (<0,5)

=0.3

(18)

Ток через делитель при максимальном

Минимальный ток интегрирования

Определим сопротивления делителя:

	(19)
	(20)

Выберем марки ОУ, полевого транзистора, диода и стабилитронов.

На ОУ X1 выполнен инвертирующий интегратор, поэтому желательно, чтобы он был прецизионным, то есть имел как можно меньший входной ток и напряжение смещения нуля. Его максимальная скорость нарастания выходного напряжения должна быть равна

(21)

Возьмем интегратор LT1052M, у которого Vmax=4 В/мкс.

ОУ Х2 играет роль компаратора в инвертирующем триггере Шмитта. Основным требованием к нему является скорость нарастания выходного напряжения. Если принять, что переход с высокого уровня напряжения на низкий и обратно составляет 0,01T_min, то скорость должна быть

(22)

Возьмем интегратор LT1028C, у которого Vmax=15 В/мкс.

Максимальное выходное напряжение этого усилителя U_X2max = 15 В.

Стабилитроны D1 и D2 определяют пороги триггера Шмитта, которые по модулю равны между собой и отличаются только знаком. Напряжение стабилизации должно быть на 2-3 В меньше. Выберем стабилитрон Д814Б. Его параметры: U_ст = 9 В, I_ст = 5 мА. Пороговое напряжение триггера:

(23)

По номинальному току стабилизации и максимальному напряжению усилителя определим балластное сопротивление R6:

(24)

Полевой транзистор выполняет роль ключа. Следует выбрать марку транзистора с минимальными междуэлектродными емкостями, небольшим напряжением отсечки и начальным током стока 5-10 мА. Подойдет 2П308А9. Сопротивление R5 задается равным 100 кОм. Диод D3 предотвращает появление токов затвора. Его напряжение пробоя должно быть больше напряжения питания, а прямой ток – не более 50-100 мА. Выберем Д2Д521А. Далее в расчетах ключ принимается идеальным.

Рассчитаем параметры преобразователя, когда выходное напряжение триггера Шмитта представляет собой меандр. Длительность положительного импульса равна длительности отрицательного, то есть

(25)

Сопротивление R4 определяет ток интегрирования при низком уровне выходного напряжения триггера Шмитта, когда на этот резистор падает напряжение K_дU_вх (т.к. ключ идеальный).

(26)

Чтобы при заданном максимальном входном напряжении иметь длительность T_2min, конденсатор С1 должен иметь ёмкость

(27)

Для обеспечения равенства длительностей импульсов T₁=T₂ сопротивление R3 должно быть равно

(28)

Подберем параметры схемы из ряда стандартных сопротивлений:

.