Разработка преобразователя амплитудного значения тока в полосе 50-400 Гц в постоянное напряжение

Министерство образования и науки РФ.

Новосибирский Государственный Технический Университет.

Кафедра систем сбора и обработки данных

Курсовой проект

по дисциплине «Схемотехника»

«Преобразователь тока в напряжение»

Факультет: АВТ                                                                                                                                                                                  Проверил: Бабичев М.М.

Группа: АТ-83

Студент: Кириллова М.А.

Вариант: 14

                                                                       Отметка о защите:

                                                                                                                              ________________

Дата защиты: «____»___________2011г.

Новосибирск

2011

Задание:

Разработать преобразователь амплитудного значения тока в полосе 50-400 Гц в постоянное напряжение. Пределы измерения тока: 1 мА, 10 мА. Номинальное выходное напряжение 2В. Выходное сопротивление источника измеряемого сигнала не менее 100кОм. Предел приведенной относительной погрешности γ=±1,5% в диапазоне температур окружающей среды 0-70^°С.

Разработка функциональной схемы преобразователя.

Примером простейшего преобразования тока в напряжение может служить сопротивление подключенное к источнику тока (Рис. 1.).

Рис. 1. Простейший преобразователь тока в напряжение.

По закону Ома: . Такой преобразователь будет зависеть от входного тока и не включает в себя каких-либо ограничений по допустимым пределам тока, проходящего через сопротивление и номинального входного тока. Поэтому для получения стабильного напряжения на выходе нужно использовать другие подходы и методы.

Для получения постоянного напряжения на выходе преобразователя нужно полученное напряжение «выпрямить». Поэтому схему можно разбить на 2 блока:

- преобразователь тока в напряжение;

- амплитудный детектор.

Рис. 2. Функциональная схема преобразователя

Преобразователь тока в напряжение позволяет при заданном токе получить пропорциональное этому току значение напряжения. Для преобразования тока в напряжение можно использовать усилитель с токовым входом. В качестве усилителя можно так же использовать операционный усилитель.

Усилитель напряжения должен иметь возможность для переключения коэффициента усиления при измерении тока в двух пределах: 1 мА и 10 мА.

Разработка принципиальной схемы преобразователя.

1.  Преобразователь тока в напряжение.

Рис. 3. Первый блок - преобразователь тока в напряжение.

Принцип работы этого блока следующий:

Ток от источника тока поступает на ОУ X1, который служит для повышения входного сопротивления преобразователя. Сигнал не усиливается, в качестве ОУ используется инструментальный усилитель AD620A с коэффициентом усиления равным 1. Далее Сигнал поступает на преобразователь, собранный на таком же инструментальном усилителе, но с коэффициентом усиления равным 1000. ОУ X2 охвачен отрицательной обратной связью поэтому напряжение на выходе будет равно  для предела I_вх=10 мА и  для предела I_вх=1 мА. Резисторы R5 и R7 служат для ликвидации погрешности от разности входных токов. R5 для I_вх=1 мА, а R7 для I_вх=10 мА.

Технические характеристики микросхемы AD620A

ТКЕсм	0,3 мкВ/°С
Uпит	От ±2,3В до ±18В
eсм	30 мкВ
Рабочий диапазон температур	От -40°С до +85°С
∆Iвх	0,3 нА

2.  Амплитудный детектор.

Рис. 4. Блок амплитудного детектора.

Данный блок представляет собой двухполупериодный выпрямитель на двух ОУ AMP03F.

Рассмотрим принцип работы данного блока:

На вход блока поступает переменное напряжение с предыдущего блока преобразователя. С приходом положительной полуволны отпирается диод D1B и напряжение U_а повторяет U_вх., U_a=-U_вх. Напряжение U_б=0. Ток I_R9=Uвх/R9, I_R11=-U_вх/R11, I_R12=U_вх/R8 (R9=R8=R10=R12, R11=R8/2). Откуда U _вых= I_R12*R12=(U _вх/R8)*R8=U _вх.

Пусть теперь на вход поступает отрицательная полуволна.

Тогда открывается диод D1B, а D1A- запирается. Напряжение U_a=0. Ток I_R9=U_вх/R9. Тогда

U _вых=-I_R9/R12=(-U _вх/R9)*R9=-U_вх. Для сглаживания пульсаций на выходе в обратной связи ОУ X3B используется конденсатор номиналом 80 пФ.

Соотношение сопротивлений рекомендовано для данной схемы, поэтому их рассчитывать не нужно.

Рассчитаем конденсатор.

Технические характеристики микросхем AMP03F

Напряжение питания	±18 В
ТКЕ	-
Диапазон температур	От -60°С до +150°С
Коэффициент усиления	1
Время установления	3 мкс
Полоса пропускания	3МГц
Iвх	-

Подберем резисторы для всей схемы.

Номинал	Мощность, Вт	Допуск, %	ТКЕ, ppm/°C
1 Ом	0,125	1	±50
49 Ом	0,125	1	±50
340 Ом	0,125	1	±50
400 Ом	0,125	0,1	±50
1.3 КОм	0,25	5	±50
2.5 КОм	0,125	1	±50
5 КОм	0,125	1	±50
4 КОм	0,125	5	±50