Разработка цифрового вольтметра постоянного напряжения, страница 5

R1 = 900 кОм. Принимаем 910 кОм.

      R2 = 90 кОм. Принимаем 91 кОм.

      R3 = 10 кОм. Принимаем 10 кОм.

В качестве R1, R2 и R3 будем использовать прецизионные резисторы типа С2-29B мощностью 0.125 Вт и с допуском 0.1%. Предельное рабочее напряжение составляет 200 В, что обеспечит необходимый запас прочности по напряжению. Суммарная максимальная погрешность делителя составляет

Для защиты от перенапряжения воспользуемся двумя диодами и резистором, ограничивающими ток на входе. Для данной схемы возьмём 2 диода типа КД212А, ток   которого равен 1 А, максимальное прямое падение напряжения U_np равно 1 В, максимальное обратное падение напряжения U_обр равно 500 В. Рассчитаем сопротивление резистора R4:

R4 = Uобр./Imax = 500/1 = 500 Ом

Принимаем R4 = 510 Ом.

3.2 Входной усилитель

В качестве входного усилителя используется операционный усилитель общего назначения. В данном случае применим прецизионный операционный усилитель, выполненный на микросхеме К140УД17А (рисунок -  3.2). Данный операционный усилитель имеет коэффициент передачи 100.

Таблица 3.2.1 - Назначение выводов К140УД17А.

 Параметры этого операционного усилителя приведены в табл.3.2.2.

Таблица 3.2.2 - Параметры ОУ К140УД17А.

Рисунок 3.2.1 - Операционный усилитель, выполненный на микросхеме К140УД17А.

 Рассчитаем сопротивления R5 и R6. Примем R5 = 1кОм.

   => R6/R5 = 99

R6 = 99 кОм. Принимаем 100 кОм.

        В качестве защиты от перенапряжения и обратной полярности используется схема, содержащая компаратор DА4, который реализован на микросхеме К1401СА1. Компаратор предназначен для сравнения двух напряжений, поступающих на его входы, и выдачи сигнала об их соотношении, например в момент их равенства. Любой операционный усилитель является компаратором. Типовой компаратор имеет два входа для аналоговых сигналов: U1_BX и U2_BX  и выход логического сигнала. Таким образом, компараторы можно рассматривать как линейно-дискретные схемы. Компараторы напряжения характеризуются рядом параметров, важнейшими из которых являются чувствительность, быстродействие. Чувствительность, или разрешающая способность - это минимальная разность аналоговых сигналов, которую можно обнаружить компаратором и зафиксировать на выходе как цифровой сигнал, соответствующий переходу из одного логического состояния в другое.

Быстродействие определяется таким параметром как время переключения. Время переключения оценивают с момента подачи входного скачка до момента, когда выходной сигнал превысит пороговый уровень напряжения, соответствующий логическим 1 или 0 в зависимости от того, в каком начальном состоянии находился компаратор.

  На вход компаратора подаются напряжения с операционных усилителей DА2 и DА3, которые сравниваются с эталонным значением. Если сравниваемое напряжение выше эталонного, то компаратор открывает транзистор VT1. Срабатывает реле К1, размыкает входную цепь и замыкает цепь питания VD7, который индицирует перегрузку.

Рисунок 3.2.2 - Схема входного усилителя и устройства защиты от перегрузки.

Кнопка SB4 служит для снятия реле с режима самопитания. Диоды VD3 и VD4 служат для фильтрации необходимой полярности входного сигнала. VD3 пропускает только положительный потенциал, VD4 – отрицательный, позволяя тем самым предусмотреть возможность измерения отрицательного потенциала на входе.  Диоды VD5, VD6 служат для фильтрации отрицательного потенциала на входе компаратора DA4, что в свою очередь обеспечивает необходимый режим работы компаратора. 

3.3 Тактовый генератор

В данном ЦВ время измерения T₀=1с. Таким образом, форма эталонных импульсов рассчитывается в следующем виде: