Составление цифровых и аналоговых схем датчика угла поворота

2.  Расчёт отдельных узлов и основных элементов  цифрового датчика тока (ЦДТ).

2.1 Расчёт шунтирующего сопротивления.

Рис.2 Шунтирующее сопротивление

I_вх – входной ток;

I_вх=±10 A;

R_ш – шунтирующее сопротивление, включаемое последовательно в контролируемую цепь.

 - падение напряжения на шунте.

Рассчитаю номинал R_ш исходя из условия потерь мощности:

где  P_д  - допустимые потери.

Тогда из выражения:

Нахожу R_ш:

  Ом

Из ряда стандартных сопротивлений выбираю R_ш = 0,018 Ом

Проверка по потерям мощности на R_ш:

P_ш=I²_вх∙R_ш=(10)²∙0,018=1.8 Вт < 2 Вт

 В

2.2 Расчёт дифференциального усилителя.

Рис.3  Дифференциальный усилитель

U_{вх у}=0,18 – напряжение на входе усилителя.

U_вх.ВМ=10 В

Должно выполняться следующее равенство:

Принимаем  R4=R3=100 кОм, тогда

Отсюда

Принимаю R1=10 кОм, тогда

 Ом

Из ряда сопротивлений выбираю R4=270 кОм

Выбираем ОУ DA1 серии:

К544УД2А [1]

Его параметры заносим в таблицу 1:

Таблица 1.

Серия ОУ	Uвых.макс(+),В	Uвых.макс(-),В	Iпот,мА	Iкз,мА	Iвх,нА
К544УД2А	10	-10	7	45	0.1

2.3 Расчёт выделителя модуля.

Рис.4  Выделитель модуля.

U_вх.АЦП – напряжение на входе АЦП.

U_вх.ВМ – напряжение на входе выделителя модуля.

Расчёт выделителя модуля будем производить исходя из того, что:

Т.к.            ,   то

Коэффициент усиления выделителя модуля равен 1 ,т.е. U_вых.ВМ=U_вх.АЦП=U_вх.ВМ=10 В

Для этого необходимо чтобы выполнялось условие:

Примем:   R6= R5= R8=10 кОм;    R9= R7=20 кОм;  

Выбираем операционные усилители DA2.1 и DA2.2 серии К157 УД2[1].

  Их параметры заносим в таблицу 2:

Таблица 2.

Серия ОУ	Uвых.макс(+),В	Uвых.макс(-),В	Iпот,мА	Iкз,мА	Iвх,нА
К157 УД2	13	-13	7	45	500

 Выбираем диоды VD1 и VD2 по прямому току и обратному напряжению с коэффициентом запаса равным 2.

U_обр=2∙10=20 В

I_пр=2∙

Выбираем диоды серии Д2Ж [2], параметры их заносим в таблицу 3:

 Таблица 3.

Серия диода	Uобр.макс,В	Uобр.и.макс,В	Iпр.ср.макс,мА	Iпр.и.,мА
Д2Ж	150	150	8	10

2.4 Расчёт АЦП.

Выбираем микросхему АЦП К572 ПВ1, которая является универсальным многофункциональным узлом для устройств аналогового ввода-вывода микропроцессорных систем низкого и среднего быстродействия. Микросхема выполняет функции АЦП последовательных приближений с выводом параллельного двоичного кода через выходные каскады с тремя состояниями. Выходной ток при U_REF=10 В равен 1мА, ток нагрузки логических выходов не должен превышать 40 мкА для сигналов высокого уровня и 400 мкА для сигналов низкого уровня. Опорное напряжение не должно превышать ±15 В [3].

Номинальные параметры:

Опорное напряжение                                 U_REF=10 B;

Напряжения питания                                  U_cc1=5 B; U_cc2=15 B;

Токи потребления                                       I_cc1=3 mA; I_cc2=5 mA;

Выходное напряжение низкого уровня     U_0L=0.3 B;

Выходное напряжение высокого уровня   U_0н=2.4 В.

     Рис.5  Схема включения  микросхемы К572 ПВ1 в режиме АЦП.

В схеме используется ОУ DA4 серии К574 УД1. Параметры его в табл.4

Таблица 4

Серия ОУ	Uвых.макс(+),В	Uвых.макс(-),В	Iпот,мА	Iвх,нА
К574 УД1	10	-10	10	0.5

Назначение выводов приведено в таблице 5:

Таблица 5

Назначение выводов АЦП

Номер вывода	Назначение вывода	Номер вывода	Назначение вывода
1 2 3 4-15 16 17 22 23 24 25 26 27 28	Последовательный вход Вход управления Напряжение питания Ucc1 Цифровой вход-выход Вход управления МР Вход управления режимом Выход цикл Вход сравнения Напряжение питания Ucc2 Вход тактовых импульсов Выход конец преобразования Вход запуск Вход цикл	29 30 31 32 40 41 42 43 44 45 46 47 48	Вход стробирован. АЦП Цифровая земля Конечный вывод Общий вывод резисторов R/2,R/4 Вывод резистора R/4 Вывод резистора R/2 Опорное напряжение Аналоговый вход 1 Аналоговый вход2 Общий вывод резисторов аналоговых входов 1,2 Аналоговый выход1 Аналоговый выход 2 Аналоговая земля

2.5 Расчёт гальванической развязки.

Для гальванической развязки выберем оптоэлектронные переключатели. Выбираем оптоэлектронный переключатель серии АОД 101А [4].

Параметры данного элемента:

Падение напряжения на оптроне U_опт=1.5 В

Входной постоянный ток I_вх=10 мА

Входное обратное напряжение U_вх.обр=3.5 В

Выходное обратное напряжение U_{вых.обр}=15 В

Выходное обратное импульсное напряжение U_вых.и.=20 В

Рис.6 Оптоэлектронный переключатель.

2.6 Расчёт ЦАП.

Выбираем микросхему АЦП К572 ПВ1, которая работает в режиме ЦАП. [3]

Номинальные параметры:

Опорное напряжение                                 U_REF=10 B;

Напряжения питания                                  U_cc1=5 B; U_cc2=15 B;

Токи потребления                                       I_cc1=3 mA; I_cc2=5 mA;

Выходное напряжение низкого уровня     U_0L=0.3 B;

Выходное напряжение высокого уровня   U_0н=2.4 В.

В схеме используется ОУ К574 УД1.Параметры его в табл.4

Назначение выводов указано в таблице 5.

Рис.7 Схема включения  микросхемы К572 ПВ1 в режиме ЦАП.

2.7 Расчёт преобразователя.