Разработка устройств на основе микропроцессорной техники на примере проектирования электромагнитного расходомера

поступающего на сигнальный вход и опорное напряжение АЦП.  Это обычные многопетлевые фильтры Чебышева. Произведём расчёт фильтра на частоту 50 Гц.

Выберем коэффициенты B и C.

Определим номиналы конденсаторов.

Зададимся C6=10/f=0,2 мкФ=С9. 

Тогда C7=39 нФ=С10

Вычислим значение сопротивлений :

R14=16 кОм = R31               R13=13 кОм = R30                  R12=16 кОм = R29

Выберем ОУ DA8 и DA16  типа 544УД2.

Определим уровень постоянной составляющей в сигнале после ФЧВ. После ФЧВ сигнал имеет форму однополупериодного выпрямителя.

Зададимся

Разложение в ряд Фурье

 

Для реализации сглаживающих фильтров выберем следующие элементы:

R14, R31	; 16 кОм
R13, R30	; 13 Ом
R12, R29	; 16 кОм
DA8, DA16	; 544УД2
C6, C9	; 0,2 мкФ
C7, C10	; 39 нФ
C12	; 1 мкФ
R33	; 2 МОм
R32	; 680 кОм
DA18	; К401УД2

Расчёт фазосдвигающего устройства (ФСУ).

рис. 4.8 Принципиальная схема фазосдвигающего устройства с формирователем управляющих напряжений.

Усилитель - ограничитель и компаратор собраны по стандартной схеме на микросхемах DA10 , DA11. На операционном усилителе DA10 собран усилитель - ограничитель. Он предназначен для получения крутых фронтов из входного напряжения и ограничения его до уровня приблизительно 0,6В.

Выбираем:

R18=27 кОм;

VD6, VD7 - КД521

Дальше стоит компаратор DA11 с дозированной положительной обратной связью для получения прямоугольных импульсов амплитудой 15 В, предназначенных для управления фазочувствительным выпрямителем ФЧВ. Резисторами R19 , R20 задаётся порог срабатывания компаратора. Выбираем резисторы:

R19=300 кОм;

R20=130 Ом;

При этом порог срабатывания компаратора будет равен 5 мВ. В качестве DA10 выбираем быстродействующий операционный усилитель 544УД2 , имеющий скорость нарастания выходного сигнала 20 В/мкс. Диод VD10 на выходе компаратора необходим для следующих целей: т.к. микросхема DA17 содержащая в себе аналоговые ключи управляется только положительными импульсами а , с выхода компаратора поступают разнополярные импульсы , что и делается с помощью диода VD10 КД523.

Формула выходного напряжения фазосдвигающего устройства имеет вид:

Передаточная функция этого звена имеет вид:

где T=R16*C₈

т.е. коэффициент передачи этого звена равен единице.

      ;     

- это в том случае если постоянная времени

где -частота на которой работает фазовращатель , следовательно:

выбираем С₈=6,2 nF тогда R16 определяется:

Для фазосдвигающего устройства в качестве DA9 используем операционный усилитель 542УД12. Для усилителя ограничителя и компаратора выберем следующие элементы:

R15, R16	; 510 кОм
R17	; 300 кОм
R18	; 27 кОм
R19	; 300 кОм;
R20	; 130 Ом
VD6,VD7	; КД521A
DA9,DA10,DA11	; 544УД2А
VD10	; КД521А

 Расчёт инвертора.

рис. 4.8 Принципиальная схема инвертора.

Для инвертирующего устройства в качестве DA12 используем операционный усилитель 544УД2. Для усилителя выберем следующие элементы:

R21	10 кОм
R22	10 Ом
DA12	544УД2А

Расчёт выпрямителя.

рис. 4.9 Принципиальная схема выпрямителя.

Выбираем:

R23= R25= R26 = 10 кОм;

VD6, VD7 - КД521

При R24= R23*2 = 20 кОм и R28= 150 кОм  R27= 10 кОм выпрямитель имеет коэффициент усиления равный 1000 и он выполняет двухполупериудное усиление.

Для выпрямителя в качестве DA13, DA14, DA15 используем операционный усилитель 1401УД2 и диоды КД522А. Выберем C11=1 мкФ.

R23, R25, R26	; 10 кОм
R24	; 20 кОм
R28	; 150 кОм
R27	; 10 кОм
DA13,DA14,DA15	; 1401УД2
VD8,VD9	; КД522А
C11	; 1 мкФ

Оценка погрешностей аналоговой части.

По условию поставленной задачи разрабатываемые весы должны эксплуатироваться в температурном диапазоне от 5 до 40 С°. При этом, погрешность, вносимая температурным влиянием не должна превышать 0,5% на 10 С°, т.е. 1.75%. Помимо этого погрешность вносимая разбросом применяемых элементов не должна превышать 0,2%. Суммарная погрешность, таким образом не должно выходить за 1.95%.

В приборе применяются резисторы С2-29В постоянные непроволочные мощность рассеяния от 0.062 до 2 Вт. Температурный коэффициент для них следующий: 50×10^-6 1/10С°

На коэффициент передачи входного преобразователя температурный дрейф напряжения смещения и разброс номиналов резисторов от температуры не окажет влияния.

Температурный дрейф напряжения смещения на фильтре усилится