3.2 Программируемый усилитель

Функцию программируемого усилителя выполняет 12-разрядный ЦАП 572ПА2. Получаемое выходное напряжение прямо пропорционально весу каждого разряда, величине двоичного числа на входе, а также величине опорного напряжения.

Известно, что , поэтому, для возможности корректировки выходного сигнала, как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения, зададим

3.3 Расчет входных усилителей

Входные усилители на DA1.1, DA1.2, DA1.3 предназначены для преобразования входного диапазона напряжений (–8В…+8В) в диапазон 0…5В для встроенного АЦП микроконтроллера. Все три операционных усилителя включены по схеме инвертирующих суммирующих усилителей, входному напряжению +8В соответствует напряжение +5В на выходе, а напряжению -8В – выходное напряжение 0В.

Рисунок 3.3 «Входной усилитель»

Запишем выражение для выходного напряжения усилителя на DA1.1 (рисунок 3.3):

Выберем U_СМ = –8В. Найдем R1, R2, R3,R4:

3.4 Расчет выходного усилителя мощности

Выходной усилитель мощности (рис. 2) реализован на мощном операционном усилителе LM675 с максимальным выходным током 3А. Коэффициент усиления выбран следующим образом. Диапазон выходного напряжения цифро-аналогового преобразователя DD2 – от –5В до +5В. Это напряжение поступает на вход умножающего ЦАПа DD3, коэффициент усиления которого можно изменять в диапазоне от 0 до 255 / 256  1. Начальное значение коэффициента выбрано равным 0.5 = 128 / 256, чтобы иметь возможность изменять его как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения. Соответственно диапазон напряжения на выходе программируемого усилителя при этом составит –2.5В…2.5В. Чтобы получить заданный диапазон напряжения на входе объекта (–8В…8В), коэффициент усиления усилителя мощности должен быть равен 3.2. Исходя из этого, выбираем сопротивления R21, R19, R20:

Рисунок 3.4 «Усилитель мощности»

4.2. Величина пульсаций на выходе усилителя не должна превышать 1.

Пульсация - величина отклонения сигнала от среднего значения.

На выходе фильтра нижних частот мы получаем сигнал в виде двух экспонент, возрастающей и убывающей, на одном периоде (что соответствует зарядке и разрядке конденсатора). Разложим данный периодический сигнал в ряд Фурье и оставим только первую гармонику. Т. о. мы аппроксимируем принятый сигнал синусоидой.

Для того чтобы величина пульсаций не превышала 1 , необходимо, чтобы амплитуда на высоких частотах уменьшилась не менее чем в 100 раз относительно амплитуды при низких частотах (т. к. следует их амплитудно-частотной характеристики фильтра нижних частот, который является апериодическим звеном, чем больше частота, тем меньше амплитуда).

Таким образом коэффициент усиления К (уменьшения), что есть отношение амплитуд должен быть равен 0.01. Зная К, можно рассчитать, чему будет равна амплитуда на высокой частоте (рассматриваем логарифмические характеристики).

.

Выберем:

- частота ШИМа.

Частоту задали довольно большой для упрощения технической реализации (чем больше частота, тем меньше получится постоянная времени и, тем меньшими номиналами должны будут обладать резистор и конденсатор).

Графическим способом рассчитаем постоянную времени.

4.3 При отклонении сигнала на выходе ЦАП от ожидаемого более чем на 7, необходимо провести коррекцию коэффициента усиления, программируемого усилителя. При невозможности коррекции выдать световой сигнал “АВАРИЯ”.