5. Разработка и расчет функциональных и принципиальных схем узлов устройства.(разработка функциональных схем и расчет принципиальных)
5.1. Расчет входных усилителей.
Для преобразования входного диапазона напряжений +10÷5В, поступающего с трех датчиков, в диапазон от 0 до 5 В для встроенного АЦП микроконтроллера используются дифференциальные усилители.
Выберем входные усилители 153УД6А (DA1-DA6). Таким образом, входному напряжению 10В соответствует напряжение 5В на выходе, а входному напряжению 5 В – выходное напряжении 0 В.
Рисунок 6 – Входной усилитель напряжения
Запишем выражение для расчета дифференциального усилителя:
Выберем UСМ = –15В. Найдем R1, R2, R3,R4:
Зададим R1=10 кОм и найдем значения остальных сопротивлений:
R2=10 кОм
R3=30 кОм
5.2. Расчет величины пульсаций на выходе усилителя.
Д
ля
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.е. на 40Гц (т. к. следует их
амплитудно-частотной характеристики
фильтра нижних частот, который является
апериодическим звеном, чем больше
частота, тем меньше амплитуда).
Рисунок 7. Фильтр низких частот
Диапазон напряжения на выходе: 0÷-5В. Для получения диапазона 0÷10В на входе АЦП рассчитаем еще один ОУ.
Рисунок 8. Операционный усилитель
5.3. Программируемый усилитель.
В качестве программируемого усилителя возьмём усилитель с цифровым управлением.
Усилители данного типа реализуются на основе операционных усилителей. В качестве программируемого элемента используется цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), сопротивление резистивной матрицы которого (RМ) изменяется в зависимости от цифрового кода. Наиболее широко в схемах с программируемым коэффициентом усиления используется микросхема К572ПА1(D1).
Такие картинки-минус бал!
Рисунок 9 –Цифро-аналоговый преобразователь К572ПА2
Характеристики ЦАП-а AD5330BRUZ представлены в таблице 2.
Таблица 2
Тип микросхемы |
Число разрядов |
Uвых,В (Iвых,мА) |
Uип,В |
Uоп, В |
К572ПА2 |
12 |
±1 (5..10) |
+5;+15 |
10,24 |
В схеме выходное напряжение усилителя выполняет роль опорного напряжения ЦАП, а ток в цепи обратной связи Iос = Uвых/ Rм , где 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
Диапазон опорного напряжения цифро-аналогового преобразователя D1 – от 0В до +10В. Коэффициент усиления ЦАП D1 можно изменять в диапазоне от 0 до 1. Начальное значение коэффициента выбрано равным 0.5, чтобы иметь возможность изменять его как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения. Соответственно диапазон напряжения на выходе программируемого усилителя при этом составит 0…5В.
5.3. Расчет выходного усилителя мощности.
Выходной
усилитель мощности предназначен для
преобразования выходного диапазона
напряжений ЦАПа (0В…5В) в диапазон
В
и получения требуемого уровня тока
0,5А. Выходной усилитель мощности
реализован на мощном операционном
усилителе LM675.
Рисунок 10. Схема включения усилителя мощности.
Рассчитаем сопротивления R1, R2, R3, R4:
