2.3 Вибір ацп та розрахунок нормалізатора

2.3.1 Вибір ацп

2.3.1.1 Основні співвідношення для вибору ацп

Початковими даними для розрахунку є:

1. Клас точності перетворення – 0,1;

2. Вхідна напруга для заданого діапазону температур −10 В;

Розрахунок розпочинаю з визначення необхідної розрядності АЦП відповідно до заданого класу точності, а потім розраховую параметри нормалізатора.

1. Визначаю корисну роздільну здатність АЦП із заданою точністю:

.

N_n = (1/0,1)*100% = 1 000,

де – необхідне значення класу точності перетворювача.

2. Визначаю розподільну здатність АЦП, взявши максимальну похибку ±5 дискретів:

.

N = 1 000*5 = 5 000,

де - максимальна погрішність перетворювача (±5 дискретів).

Саме ближче значення до розрахованого є 2¹³=8 192, таким чином роздільна здатність АЦП не може бути менша за 13 розрядів.

3. Задаю напругу повної шкали АЦП. Прийму одне із стандартних значень U_пш = 10 В.

4 За довідковими даними у якості АЦП обираю 14-ти розрядний АЦП типу AD9253. Мікросхема має наступні технічні параметри:

Кількість розрядів – 14; Потужність що споживається,мВт – 50;

Час перетворення, мкc – 25; Кількість каналів перетворення – 4.

Напруга живлення,В – 5; Вхідна напруга перетворення,В ‒ 0..10;

2.3.2 Розрахунок нормалізатора

2.3.2.1 Основні співвідношення для розрахунку нормалізатора

Початковими даними для розрахунку нормалізатора є:

1. Напруга на вході при максимальній температурі – 11,7 B;

2. Напруга на вході при мінімальній температурі – 4,7 В;

3. Знак і напруга повної шкали АЦП − +10 В.

Розраховую нормалізатор напруги, схема якого може бути спроектована таким чином, як представлена на рис.5.

Рисунок 5 ‒ Нормалізатор напруги - неінвертуючий суматор.

1. Визначаю напругу зміщення шкали нормалізатора. Напруга зміщення вибирається так, щоб напруга на виході нормалізатора при мінімальній температурі заданого діапазону дорівнювала 0 В.

U_зм = U_tmin* К_п * К_ф = 4,7*1*1 = 4,7 (В),

де U_tmin − напруга при мінімальній температурі заданого діапазону, яка визначається при розрахунку перетворювача температури, К_п - коефіцієнт підсилення перетворювача, К_ф - коефіцієнт підсилення фільтру.

2. Розраховую джерело U_зм, в якості якого може бути використаний параметричний стабілізатор. Задаю напругу джерела зміщення:

U_{ст. ном.} = U_зм = 4,7 (В).

Вибираю відповідний стабілітрон з найбільш близькою напругою стабілізації (діод типу КС133А).

3. Задаю значення резистора R2, за допомогою якого підлаштовується напруга джерела зміщення. Набуваю типового значення:

R2 = 1 кОм = 1 000 (Ом).

4. Визначаю струм навантаження стабілітрона, як:

І_н = U_{ст. ном.} / R2.

І_н = 4,7/1 000 = 4,7 (мА).

5. Визначаю баластний опір R1:

R1 = (E_вх. - U_{ст. ном.}) / (I_ст.ном.+ І_н ) = (10-4,7)/(10∙10^-3+4,7∙10^-3) = 430 (Ом),

де E_вх. − вхідна напруга джерела зміщення, I_ст.ном. - робочий струм стабілітрона.

2.3.2.1.1 Для неінвертуючого нормалізатора

6. Визначаю опір R3, R4, R5:

Для зміщення діапазону вхідної напруги необхідно щоб виконувалася умова U_вих0 = - U_tmin + U_зм = 0, тоді для неінвертуючого суматора можна записати:

.

R3=R4=R5 = 10 (кОм).

Для забезпечення рівності повинна виконуватися умова R3=R4=R5. Набув типового значення, яке рівне 10 кОм.

7. Визначаю необхідний коефіцієнт підсилення:

.

К = 10/(7×1×1) = 1,43.

де U_пш - напруга повної шкали АЦП (10 В), К_п - коефіцієнт підсилення перетворювача, К_ф - коефіцієнт посилення фільтру.

8. Визначаю значення резисторів R6, R7, R8 з рівності:

Визначу значення опорів R6 і R8. Набуду значення опору R8 рівним R5, тоді для забезпечення 50 % діапазону регулювання коефіцієнта посилення номінал R6 буде рівний R8/2.

Отже,

R6 = R8/2 = 10 000/2 = 5 000 (Ом).

R7 = (R6+ R8/2) ×К = R8×К = 10 000×1,43 = 14 300 (Ом).

R8 = 10 000 (Ом).

9. Визначу комплектуючі елементи. У якості опорів виберу резистори загального призначення типу C2-29B, СП5-2В6 враховуючи маленькі струми та малу потужність вибираю опори 0,125 Вт. Для обраних опорів виберу 2-й клас точності, тоді номінали опорів відповідно будуть:

R1- C2-29B-0.125-360 Oм±10%

R2- C2-29B-0.125-1 кОм +10%

R3..R5- СП5-2В6-0.125-10 кОм +10%

R6- C2-29B-0.125-5 кOм±10%

R7-СП5-2В6-0.125-14,5 кОм +10%

R8- СП5-2В6-0.125-10 кОм +10%