5.7. Пример расчёта фильтра нижних частот

Фильтр нижних частот предназначен для выделения из входного напряжения ФЧВ среднего значения.

Частота минимальной гармоники в выходном сигнале ФЧВ будет равна , где – частота возбуждения датчика.

Например, , . Таким образом, ФНЧ должен ослабить напряжение с частотой в заданное число раз. Коэффициент подавления вычисляется исходя из точности схемы и условий быстродействия. Оставшиеся пульсации после фильтра должны быть меньше основной погрешности измерительного преобразователя. Например, если задана основная погрешность , то пульсации должны быть на уровне (5 10) раз меньше, т.е. . Таким образом, коэффициент подавления фильтром наименьшей частоты должен быть равен .

Для упрощения выбираем схему фильтра, состоящую из пассивных R-C звеньев. Выберем трехзвенный фильтр. Его схема дана на рисунке 5.7.

Рис. 5.7. Пассивный трехзвенный фильтр нижних частот

Приближенно для трехзвенного фильтра коэффициент подавления можно оценить по следующей формуле: , откуда , или .

Выбираем значение емкости , значение сопротивления резистора будет равно 3,43 кОм.

Выбираем значение конденсатора [2]

.

Выбираем значение резисторов [1]

/

Для минимизации влияния входных токов ОУ выбираем резистор равным сумме резисторов :

.

5.8. Пример расчёта преобразователя напряжение-ток

Схема преобразователя напряжение-ток представлена на рисунке 5.8 [10]. Выходной ток данной схемы равен: .

Рис. 5.8. Схема преобразователя напряжение-ток

Допустим, что по заданию, диапазон изменения выходного тока и входное напряжение . Пусть, когда коэффициент , , когда , . Соответственно,

,

.

Из последнего выражения видно, что , а находится из первого выражения: .

Осталось сформировать напряжение . Для этой цели проще всего использовать схему параметрического стабилизатора напряжения, представленную на рисунке 5.9.

В качестве стабилитрона выберем прецизионный стабилитрон Д818Е [3] с номинальным напряжением стабилизации 9 В. Делитель напряжения должен обеспечить выходное напряжение . Рассчитаем делитель напряжения.

; .

Откуда . Задаваясь , находим . Выбираем [1]

,

.

Рис. 5.9. Формирователь напряжения смещения

Сопротивление – балластное должно пропустить ток стабилитрона и ток делителя .

.

Ток стабилитрона задаем 10 мА, тогда

.

Выбираем [1]

.

В качестве DA выбираем микросхему К140УД17А [5].

5.9. Пример расчёта генератора квадратурных напряжений

Схема генератора квадратурных напряжений представлена на рисунке 5.10.

Рис. 5.10. Квадратурный генератор синусоидальных колебаний

Передаточная функция петлевого усиления для этого генератора будет иметь вид: , а комплексный коэффициент передачи

.

Баланс фаз будет сохранен только на частоте , при которой мнимая часть знаменателя равна нулю.

, где ; ; ; .

; .

Обозначая через коэффициент передачи звена на основе ОУ₁, а через – коэффициент передачи звена на основе ОУ₂ – интегратора, получим: ,

.

Обозначим отношение к через . .

.

Тогда можно записать:

или .

Пусть, например, и, выбирая стабилитрон на , можно найти : .

Положим, что коэффициент передачи . Выберем , ; . Тогда , , .

,

.

При этом , следовательно .

По заданию , тогда .

Зададим значение емкости , тогда .

.

Выбираем [1]

.

В качестве конденсатора выбираем слюдяной конденсатор КС0-1 [2]

,

.

Для расчета постоянной времени интегратора имеем , .

; , следовательно, .

.

Выбираем , тогда .

Выбираем [1, 2]:

,

.

В качестве стабилитрона выбираем стабилитрон КС133Г [3].

.

Используем два стабилитрона, поскольку необходимо двухполярное ограничение. Тогда резистор r рассчитываем из следующих соображений

.

Выбираем r [1]

.

Принципиальная схема генератора дана на рисунке 5.11.

Рис. 5.11. Принципиальная схема генератора квадратурных колебаний