Рассчитаем фильтр низких частот Баттерворта третьего порядка с данными параметрами

R1 = R2 = R3 = R = 11 (кОм); R4 = 22 (кОм); fв = 200 (Гц)

 

Рисунок 2.3 - Фильтр нижних частот Баттерворта третьего порядка

 

Рисунок 2.4 - АЧХ фильтра нижних частот

 

Вычислим ёмкость:

 

; ;

 

2.2.2 Рассчитаем фильтр верхних частот Баттерворта третьего порядка с данными параметрами:

 

C1 = С2 = С3 = 11000 (пФ); С4 =  = 5500 (пФ);

 

Рисунок 2.5 - Фильтр верхних частот Баттерворта третьего порядка

 

Рисунок 2.5 - АЧХ фильтра верхних частот

 

Формулы для реактивных элементов:

 

; ;

 

Входной усилитель (на операционном усилителе)

 

Предварительный входной усилитель с использованием ОУ:

 

U_ВХ = 2 мВ,

R_ВЫХ = 1 кОм,

R_ВХ = 500 кОм,

U_ПИТ =  В,

U_ВЫХ = 1 В

 

Предварительный усилитель с заданными входными и выходными параметрами можно спроектировать, исходя из справочных данных, на микросхеме широкого применения К140УД1А с дополнительной стабилизацией напряжения питания до , и используя схему инвертирующего усилителя.

Принципиальная электрическая схема приведена на рис.2.1

 

Рисунок 2.6 - Принципиальная электрическая схема каскада усиления на ОУ

 

Входное сопротивление инвертирующего усилителя на ОУ всегда выше внутреннего сопротивления ОУ и реально равно:

 

 

где  - внутреннее сопротивление микросхемы,

 - коэффициент передачи обратной связи ( ),

 - коэффициент усиления микросхемы без обратной связи.

Для микросхемы К140УД1А (из справочника):

 

;

 

Отсюда,  усилительного каскада равно:

 

 

Для получения заданного входного сопротивления (500 КОм), вход усилителя нужно зашунтировать сопротивлением R3 (подключить параллельно входу). Тогда  будет равно:

 

 

Выбирая R2 = 1100 КОм (1.1 МОм)

 

 

Выходное сопротивление реального усилительного каскада всегда меньше выходного сопротивления микросхемы:

 

 

где  - сопротивление выхода микросхемы (  = 700 Ом),  - коэффициент передачи обратной связи ( ),  - коэффициент усиления микросхемы без обратной связи.

 

 

Для получения заданного выходного сопротивления усилителя (1000 Ом), выходное сопротивление микросхемы должно быть равно:

 

 

Для получения такого выходного сопротивления микросхемы в выходную цепь микросхемы последовательно включаем резистор R4:

 

 

Резистор R4 также будет являться защитой выхода микросхемы от короткого замыкания.

Сопротивление нагрузки проектируемого усилителя по заданию составляет 500 Ом. При выходном сигнале 1 В, ток в нагрузке будет равен:

 

 

Для микросхемы К140УД1А максимальный выходной ток по справочнику составляет 3 мА, что в полтора раза превышает расчетный.

Микросхема К140УД1А питается от двухполярного стабилизированного источника питания напряжением . Так как по заданию напряжение источника питания , то для питания усилителя целесообразно применить параметрические стабилизаторы R6V1 и R7V2. Стабилитроны V1 и V2 с напряжением стабилизации 12 13 В и током стабилизации 10 20 мА. Для этого подойдут стабилитроны КС212, КС213 или КС512, КС513.

Балластные резисторы R6 и R5 при падении напряжения на них:

 

 

обеспечивают ток порядка 15 мА (0.015 А) и имеют сопротивление равное:

 

 

Расчет АЦП

 

Исходные данные:

Относительная погрешность измерения γ = 2%

Верхняя частота полосы пропускания ОУ f_в = 300;

Ожидаемое максимальное напряжение U_m = 2 В;

Среднее напряжение помех σ _п = 35 μ В

Напряжение сигнала на входе ОУ U₁=3 мВ

Число отведений l = 4

Рассчитаем число разрядов АЦП

 

2.4.1 Находим необходимое число разрядов кода n_m из условий заданной точности

 

 

выбираем первое большее число разрядов n_m = 6

1) Для проверки выбора по помехам и шумам уровень собственных шумов на входе ОУ определяем по формуле:

для расчета принимаем

 

Уровень шума резисторов на входе:

для расчета принимаем плотность шумов для металлопленочных резисторов группы

 

 

Вычислим среднее значение помех на входе канала по формуле:

 

 

2) Определяем коэффициент усиления канала:

 

 

Определяем число разрядов АЦП с учетом помех:

 

 

принимаем n_ш = 3. Т. к. помехи и шумы велики, то необходимо принять специальные меры по снижению их влияния.

Поэтому произведем пересчет числа разрядов с учетом коэффициента подавления помех по формуле:

 

 

Принимаем количество разрядов n_ш = 6.

По условию точности нужно 8 разрядов. К1107 ПВ2 с 8-разрядным выходным кодом, T_прб = 100 нс, Р_пот = 2, 5 Вт

 

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться: