1.Структурная схема

Проектируемое устройство должно содержать следующие основные блоки:

- усилитель напряжения с фильтрами. Усилитель напряжения требуется для обеспечения коэффициента усиления требуемого по техническому заданию.

- .

- устройство коммутации. Данное устройство управляется логическим блоком. В зависимости от результата на выходе логического блока подключает измерительный усилитель к одному из двух независимых приемников сигнала.

- устройство для измерения частоты (частотомер) - измерительный прибор для определения частоты выходного сигнала. Принцип его действия основан на подсчете количества импульсов, сформированных входными цепями из периодического сигнала произвольной формы, за определенный интервал времени.

- блок питания. Блок питания преобразует входное напряжение сети 220 В, 50 Гц в стабильное напряжение, уровни которого зависят от типа микросхем. Это может быть напряжение или ±5 В или ±15В.

Упрощенная структурная схема проектируемого устройства представлена на чертеже. Блок усилителя с фильтрами и цифрового частотомера более подробно будут разработаны при расчетах.

Рис.1. Структурная схема

2. Проектирование измерительного усилителя

2.1 Расчёт коэффициентов усиления каскадов усилителя напряжения

В качестве операционного усилителя используем К140УД26 (технические характеристики в приложении 1).

Определим значение коэффициента усиления всего проектируемого устройства и затем зададим коэффициенты усиления входного, промежуточного и выходного каскадов. Коэффициент усиления К_У - это отношение величины напряжения на выходе усилителя U_вых к величине напряжения на входе усилителя U_вх:

Этот коэффициент усиления устройства можно представить как произведение коэффициентов усиления его составных частей (входного, промежуточного и выходного каскадов). Таким образом, для усилителя напряжения получаем следующее:

К_УСИЛ = К _ВХ*К _ВЫХ *К _ПРОМ =5*16*10000

Входную часть усилителя реализуем на неинвертирующей схеме включения ОУ, так как она позволяет получить значение входного сопротивления с погрешностью не выше заданной, обеспечивает достаточную точность и стабильность коэффициента усиления.

Рис.2. Входной каскад

Коэффициент усиления по напряжению для входной части выберем произвольно. Назначим К _ВХ =5, R1=499кОм (по ряду Е192)

Найдем значение сопротивления резистора R₂.

=> _, R₂ =2МОм (по ряду Е192)

Определим допустимое изменение входного сопротивления:

ΔR = R_ВХ*δ/100%

Подставив данные технического задания R_ВХ = 500 кОм, δ = 5 % в формулу получим:

ΔR = 500к Ом * 5% / 100% = 25к Ом. (499±25)кОм

Определим коэффициент обратной связи:

или

Используя ЛАЧХ, найдем:

Рис.3. ЛАЧХ усилителя

K_уu(f_н = 500Гц) =104dB=158489

K_уu(f_в = 15000Гц) = 70dB=3162

Найдём коэффициент усиления усилителя на верхней и нижней частотах:

		*
НЧ	158489	31697,8
ВЧ	3162	632,4

.

.

Погрешность коэффициента усиления на верхней частоте:

K_u =

Погрешность коэффициента усиления на нижней частоте:

K_u =

Данная погрешность входит в диапазон допустимой погрешности,по ТЗ 3%

Входное сопротивление на граничных частотах:

R_вх== ,

где R_вхдиф=6 МОм , R3=1кОм

R_вх(500)=1 кОм+

R_вх(15000)=1 кОм+

Определим погрешность входного сопротивления:

%

%

Найденная погрешность удовлетворяет требованию ТЗ 5%

Рис.4.Структурная схема усилителя.