Синтез преобразователя аналоговых сигналов на базе операционного усилителя

Исходные данные:

Функция, реализуемая преобразователем:

Параметры преобразователя:

входное сопротивление, не менее: 100кОм

максимальное сопротивление нагрузки: 2кОм

Параметры входного сигнала

амплитуда:-0.5…0.5 В

частота 1…50Гц

Разложим заданную функцию:

В итоге мы получили функцию которую можно реализовать на операционных усилителях, а в частности с помощью дифференциатора (0.1p), интегратора (2p) и умножителя (2). Соединяем их параллельно и на выходе ставим сумматор.

Схема будет иметь следующий вид (рис.2.1):

Рис. 2.1

Рассчитаем элементы схемы.

Для этого разберем интегратор, дифференциатор и умножитель каждый в отдельности.

В общем виде схема интегратора выглядит следующим образом рис 2.2:

Рис 2.2 Интегратор

Интегратор построен на основе операционного усилителя, в обратную связь которого включен конденсатор. Произведем расчет элементов интегратора для нашего случая рис 2.3:

Рис. 2.3

Для нахождения сопротивления R2 определим максимальное напряжение выхода Uвых.макс и максимальный ток в нагрузке. Тогда R2 будет равно:

где Iмакс=

Максимальное выходное напряжение определим, как напряжение входа умноженное на коэффициент усиления операционного усилителя, который найдем по ЛАЧХ.

Коэффициент усиления К определим из ЛАЧХ , К=2=5кОМ

Сопротивление R1 = Rвх = 100 кОм

Емкость конденсатора определим из формулы частоты среза:

=1/(2p R1C2)

Тогда С2=1/(2p R1 fo)=100нФа

Моделируем в системе Or cad рис 2.4:

Рис.2.4 Входное и выходное напряжение интегратора

В общем виде схема дифференциатора выглядит следующим образом рис 2.5:

Рис.2.5 Диференциатор

Произведем расчет. В нашем случае дифференциатор должен иметь смещение по фазе на выходе и ослабление сигнала в 10 раз. Схема имеет следующий вид (рис 2.6):

Рис. 2.6

Расчет дифференциатора произведем аналогично, как и для интегратора.

Определим R2 из отношения максимального напряжения и тока в нагрузке.

где Iмакс=

К=2=5кОм

Сопротивление R1 принимаем равным сопротивлению входа. R1=100кОм

Емкость определим из формулы частоты среза:

=1/(2p R3C1)

Тогда С1=1/(2p R3 fo)=1нФа

Моделируем в системе Or cad рис 2.7:

Рис 2.7

Расчет умножителя произведем аналогично предыдущим:

Рис 2.8

Где Iмакс=

К=2

=5кОм=Rвх=100кОм

Сопротивление R2 определим из формулы коэффициента усиления:

К=Rвх/R2

=200кОм

Рис 2.9

Произведем расчет сумматора, его схема представлена на рис.2.10

Лучшие статьи по информатике

Основы разработки карманного осциллографа
Осциллограф - прибор, предназначенный для исследования электрических сигналов во временном области путём визуального наблюдения графика сигнала на экран ...

Проектирование радиоприемного устройства
радиосигнал приемник частота демодулятор Радиоприемное устройство - одно из важнейших и необходимых элементов любой радиотехнической системы передачи сооб ...

Практическая реализация универсального программно-аппаратного лабораторного комплекса автоматизации измерений
Возрастание количества измерений, нарастание сложности аппаратуры, повышение требований к точности, расширение использования математических методов обработк ...