Расчёт и выбор элементов задатчика интенсивности. Схема интегрирующего устройства. Характеристика входного усилителя

5. РАСЧЁТ И ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ ЗАДАТЧИКА ИНТЕНСИВНОСТИ.

Типовым задающим блоком в системах управления электроприводами является интегро-задающее устройство, или задатчик интенсивности. Задача ЗИ – формирование плавного изменения задающего сигнала при переходе от одного уровня к другому, а именно – создать линейное нарастание и спадание сигнала с требуемом темпом. На рис.5.1. представлена структурная схема ЗИ, состоящая из трёх ОУ.

Рис. 5.1. Схема интегрирующего устройства.

Первый усилитель DA1, работающий без обратной связи, но с ограничением по входному напряжению U₁, имеет характеристику прямоугольной формы (рис. 5.2. а). Второй ОУ DA2 работает в режиме интегрирования с постоянным темпом интегрирования:

Темп интегрирования может регулироваться изменением R_вх2.

Третий ОУ DA3 формирует отрицательное напряжение обратной связи:

               а)

                б)

Рис. 5.2. а – Характеристика входного усилителя б – Диаграмма изменения выходного напряжения интегро-               задающего устройства.

При подачи на вход задающего напряжения U₃ выходное напряжение линейно возрастает. В момент времени t = t_п , когда U_oc = U₃ интегрирование прекращается и выходное напряжение, достигнув значения U_вых=R_вх3*U₃/R_oc3, остаётся дальше неизменным. При снятии со входа задающего напряжения (U₃=0) происходит процесс линейного уменьшения выходного напряжения до нулевого значения.

Необходимые параметры для расчёта ЗИ берём из условия курсового проекта:

t _п=8.5 с      U_{3 max}= 10 В          

U_{вых max} =10 В

Расчёт интегратора

Ёмкость конденсаторов 1 … 2.2 мкФ

Выбираем С_ос2=2.2 мкФ

Находим R_вх2:

где U₁ = U_отр = U_стаб + U_прVD2 = 4.7 + 0.8 = 5.5 В.

Выбираем стабилитроны КС147А

Номинальные данные стабилитронов:

U_{ст н} =4.7 В;            I_{ст min} = 3 мА;                 I_{ст max} = 58 мА;

U_{ст min} = 4.2 В;        U_{cт max} =5.17 В.

Выбираем R_вх2 = 4.1 МОм.

Для ОУ на биполярных R_вх2 = должно быть меньше 500 кОм, а для ОУ на полевых транзисторах не менее 3 МОм.

Выбираем Оу с полевым транзистором на входе: 140УД8А

Его параметры:

U_нп1=15±1.5 В;        U_нп2=--15±1.5 В;     U_{вых max}=± 10 В;   U_см≤20 мВ;

I_потр. =5 мА;    I_вх≤0.2 мА;     ΔI_вх≤0.15 мА    R_{н min} = 2 кОм;   С_{н max} = 100 пФ.

По расчётам R_вх2 слишком мало, поэтому увеличиваем  U₁ за счёт использования делителя напряжения (рис. 5.3).

Рис. 5.3. Делитель напряжения.

Примем R`<sub>вх2</sub> = 1 МОм. Найдём напряжение U<sub>1</sub>`:

Величины сопротивлений R₁`  и  R<sub>2</sub>` выбираем из условия, что (R₁`+R<sub>2</sub>`)≥2.2кОм

Пусть  (R₁`+R<sub>2</sub>`) ≤ 0.05·R`_вх2 = 0.05·10⁶ = 50 кОм

Выбираем R₁` = 3.9 кОм .

тогда

Сопротивления R_вх1, R_вх2, R_вх3 для ОУ с полевым транзистором на входе выбираем промежутке от 5.1 до 100 кОм.

Принимаем R_вх1= R_вх2= R_вх3=10 кОм.

Окончательно схема ЗИ имеет вид:

Рис. 5.4. Схема задатчика интенсивности.