Как известно: , где Сд – импеданс датчика (у нас 5 нФ) На РИС 3 показан усилитель

Разработка устройства регистрации сигналов с датчиков
Рефераты >> Технология >> Разработка устройства регистрации сигналов с датчиков

Как известно:

, где Сд – импеданс датчика (у нас 1.5 нФ)

На РИС 3 показан усилитель заряда. Усилитель заряда представляет собою фильтр высоких частот (ФВЧ) со своей частотой среза, которая должна равняться нижней частоте нашего сигнала. Тогда выбор резистора R0 и конденсатора C0 осуществляется из следующего соотношения:

,

При этом должно выполняться условие fcp £ fн=2 Гц. Возьмём fcp=1Гц с целью уменьшить искажения АЧХ в области низких частот.

С помощью усилителя заряда достигается передача сигнала с коэффициентом передачи:

Если Кп = 1, то С0 = 1.5 нФ, следовательно, R0 = 100 MОм.

В качестве С0 возьмем К10-43А-МП0-1.5 нФ. Максимальная амплитуда сигнала на выходе УЗ составляет 0.4*Кп = 0.4В.

4.2.2. Масштабный усилитель

Масштабный усилитель служит для согласования амплитуды сигнала с выхода УЗ с входным диапазоном АЦП. Построим его на операционном усилителе К140УД17А в следующем включении (РИС 4).

Т.к. мы подаем на АЦП опорные потенциалы –2,5В и 2,5В , для удобства выберем следующие диапазоны:

-0,5 В до +0,5 В (максимальная погрешность)

-0,75 В до +0,75 В

-1 В до +1 В

-1,25 В до +1,25 В

-1,5 В до +1,5 В

-1,75 В до +1,75 В

-2 В до +2 В

-2,5 В до +2,5 В (минимальная погрешность)

Коэффициент усиления задаётся резисторами R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 и R9:

Т.о.: Кп1=1,25; Кп2=1,875; Кп3=2,5; Кп4=3,125; Кп5=4,375; Кп6=5; Кп7=5,625; Кп8=6,25

Т.е.: R9/R1=0,25; R9/R2=0,875; R9/R3=1,5; R9/R4=2,125; R9/R5=3,375; R9/R6=4; R9/R7=4,625; R9/R8=5,25;

Учитывая, что R3>Rнагр.ОУ = 2КОм, возьмем R9=10КОм, то

R1=40 КОм; R2=11,5 КОм; R3=6,7 КОм; R4=4,7 КОм; R5=3 КОм; R6=2,5 КОм; R7=2,2 КОм; R8=1,9 КОм.

4.2.3. Интегрирующий усилитель

Интегрирование аналоговых сигналов осуществляется ОУ с емкостной ОС. В этом случае выходное напряжение описывается выражением:

, где U0=UВЫХ(t=0)–исходное выходное напряжение интегратора.

Основные составляющие ошибок интегрирования обусловлены напряжением смещения нуля UСМ и входными токами ОУ. При UВХ=0 входные токи протекают через конденсатор C2, заряжая его. Это приводит к появлению линейно изменяющейся составляющей выходного напряжения. Кроме того, UСМ добавляется к напряжению на конденсаторе, и, поскольку это напряжение равно UВЫХ, такая прибавка вносит в результат ошибку, равную UСДВ.

Ошибку, вносимую входным током ОУ, можно уменьшить, если использовать ОУ с полевыми транзисторами на входе и зашунтировать конденсатор в обратной связи резистором R2.

Частота среза интегратора . Нижняя граница интегрирования составляет . Таким образом, полоса частот, в которой возможно интегрирование, .

Найдем R1, R2, C2. Выберем C2=0.01 мкФ (К10-47А-МП0-0.01мкФ±5%), тогда (для уменьшения погрешности возьмем fН=1Гц). Будем использовать резистор С2-29В-0.25-16МОм±0.5%. На частоте 6кГц Будем использовать резистор С2-29В-0.25-2.7кОм±0.5%. Чтобы убрать постоянную составляющую, введем разделительный конденсатор C1. Т.к. входное сопротивление равно R1, то , откуда . Для 1Гц C1=50мкФ. Будем использовать К50-16-16В-100мкФ.

5. Интерфейс передачи данных.

На выбор способа передачи влияют в основном два фактора. Это необходимая дальность и скорость передачи. Дальность определена в задании – 20м. Тогда как скорость передачи выбирается нами по собственному усмотрению. Так как 20м – это расстояние на 5м превышающее предельно допустимую дистанцию соединения ПЭВМ напрямую через COM порты, необходимо выбрать другой способ передачи нежели стандартный. Наиболее простой и то же время легко реализуемый – это интерфейс радиальный последовательный (ИРПС) , который осуществляет к тому же гальваническую развязку компьютера от объекта управления (см РИС 6.).

РИС 6.

Реализацию интерфейса облегчает наличие серийно выпускаемых микросхем гальванической развязки. Это микросхемы АОТ 127 и 249ЛП1. Рассчитаем параметры “навесных” элементов:

Ток передачи рассчитывается как: