Выбор и расчет принципиальных схемы основных блоков

Согласующий усилитель выполняет несколько функций:

- усиление сигнала до максимального входного напряжения АЦП;

- ослабление синфазной помехи;

- согласование симметричных выходов датчика с несимметричными входами функциональных блоков аналогового тракта.

Расчет СУ начнем с выбора операционного усилителя (ОУ). Критериями выбора является возможность удовлетворения следующих неравенств:

Согласующий усилитель

Дрейф нуля в рабочем диапазоне температур (принимается 0…80oC):

Входное дифференциальное сопротивление:

Необходимый коэффициент ослабления синфазного сигнала:

Для построения схемы согласующего усилителя будем использовать операционный усилитель КР140УД7 с такими характеристиками:

- максимальный коэффициент усиления Ku = 50000;

- коэффициент ослабления синфазного сигнала КОСС = 70 дБ;

- максимальное синфазное входное напряжение Uсинф max = 11 В;

- максимальное входное напряжение Uвх max = 12 В;

- максимальное выходное напряжение Uвых max = 11,5 В;

- напряжение питания Uп = ±15 В;

- максимальный выходной ток Iвых max = 20 мА;

- входные токи Iвх = 200 нА.

Выбранная микросхема удовлетворяет предъявленным к ней требованиям.

Для достижения наибольшего ослабления синфазной помехи коэффициент усиления первой ступени усиления на DA1, DA2 желательно брать наибольшим (т.е. реализовать на ней основное усиление сигнала), а коэффициент усиления разностного усилителя на ОУ DA3 принять равным единице. В этом случае резисторы R5÷R8 получатся одного номинала, а следовательно, облегчается их подбор по требуемому допуску и температурному коэффициенту. Расчет элементов схемы начинаем с каскада на DA3.

Зададим номиналы резисторов в пределах

где Uвх мах - максимальное входное напряжение операционного усилителя,

Iвых max - максимальный выходной ток операционного усилителя.

Выбираем номиналы R5, R6, R7, R8 равными 1 кОм. Резисторы R3 и R4 выбираем равными 20 кОм. Для определения сопротивления резистора R2, воспользуемся формулами:

RSmax = 2*R3/(Kсу min -1) = 2*20*103/(10,97 -1) = 4 кОм

RSmin = 2*R3/(Kсу max -1) = 2*20*103/( 109,7-1) = 0,37 кОм

Так как резистор R1=Rmin, то задаемся номинальным значением R1 - 390 Ом.

R2 = Rmax -Rmin = 3,63 кОм

Выбираем резистор R2 номиналом 3,9 кОм с учетом допустимых отклонений в значениях резисторов R1 и R2.

Допуск на относительный разброс номиналов резисторов (кроме R1 и R2), % определяем по формуле:

.

При определении номиналов резисторов учитываем, что резисторы R5÷R8 определяют величину входного сопротивления каскада по инвертирующему и неинвертирующему входам и являются фактическими нагрузками ОУ DA1, DA2. Кроме того, применение высокоомных резисторов R5÷R8 приводит к повышенному дрейфу выходного напряжения из-за некомпенсируемой разности входных токов ∆Iвх (паспортный параметр ОУ).

Выбираем резисторы:

С2-33Н-0,25-390 Ом±10%

Лучшие статьи по информатике

Трехмерные транзисторы
Один из аспектов повышения процессов обработки информации - получение конструкции трехмерного транзистора. Рассматриваются вопросы одного из наиболее прог ...

Проектирование автоматизированного реабилитационного устройства, предназначенного для реабилитации кистевого сустава человека
В современном мире нас повсюду окружают новейшие достижения техники. Невозможно представить ни одну из сфер деятельности человека без использования мехатрон ...

Устройство преобразования аналоговых сигналов
Преобразование информации к виду, удобному для использования в различных устройствах, является важной задачей в системах управления. Долгое время предпочтен ...