Выбор и обоснование функциональной схемы. Разработка и расчет принципиальной схемы. Компаратор с положительной обратной связью

управления каналами на управляющие входы подаются напряжения Uвх¹≥5В и Uвх⁰ ≤5В. Резисторы R11 и R13= 10 кОм.

По ряду Е24 и справочнику [ 1 ] выбираем :

R11=R13= МЛТ 0,125 10 кОм±5%

DA8 К590КН7

Рассчитаем ошибку преобразования:

   (5.1.1)

Данная ошибка мала по сравнению с полезным сигналом, изменения которого составляет 1В. 

6.  Делитель

В качестве выпрямителя выберем микросхему аналогового перемножителя сигналов  К525ПС2 .Существует большое количество схем включения аналоговых перемножителей. Нам необходима схема включения аналогового перемножителя сигналов в режиме деления (Рис. 6.1.1)

Рис. 6.1.1 Схема включения К525ПС2 в режиме умножения

Резисторы R1-R3 необходимы для настройки умножителя на минимальную входную ошибку.

По справочнику [ 1 ] и ряду Е24  выбираем :

R1-R3 = СП5-39-0,5Вт -22кОм±10%;

Рассчитаем ошибку:

Uош=1% [ 6 ]                                                            (6.1.1)

7.  ФНЧ

ФНЧ применяется чтобы отрезать переменную составляющую на несущей частоте, оставив при этом постоянную.

После ФЧВ частота сигнала увеличивается в 2 раза и будет равна                                                                  (4.6.1)

В качестве фильтра используем активный фильтр первого порядка.

Рис 7.1.1  ФНЧ.

                                                                                             (7.1.1)

Следовательно:

                                                             (7.1.2)

Зададимся R18=100 кОм рассчитаем С10 :

                          (7.1.3)

Номинал R17 выбираем равный R18:по ряду Е24 и справочнику [ 1 ] выбираем

R17,R18= МЛТ 0,125 100 кОм±5%

C10= К73-15 30В 0,2 мкФ±10%

Ошибка преобразования рассчитывается по формуле:

8.  Выходной преобразователь

В качестве выходного преобразователя используем преобразователь напряжение- ток по схеме Хауленда. [ 5 ] Данная схема обладает отличной чувствительностью и простотой исполнения. С учетом  того, что после фильтра сигнал инвертирован применим инвертирующую схему включения.

Рис 8.1.1 ПНТ

Рассчитаем номиналы резисторов:

Uвхмакс=1В, Uвхмин=0В,

Iнмакс=20 мА, Iнмин=4 мА,

Согласно ГОСТ 26_011-80 номинал R26 выбираем 1 кОм.

                                                                                (8.1.1)

Пусть R21=1кОм,

                                                                (8.1.2)

По ряду Е24 и [ 1 ] выберем R26=R21= МЛТ 0,125 1 кОм±5%

R23= МЛТ 0,125 1 кОм±5%

                               (8.1.3)

По ряду Е24 и [ 1 ] выберем R22= МЛТ 0,125 680 Ом±5%

Резисторы R24 и R25 найдем из соотношения                 (8.1.4)

Пусть R24=50 Ом, тогда

                                     (8.1.5)

По ряду Е24 и [ 1 ] выберем R24=R25= МЛТ 0,125 51 Ом±1%

Погрешность преобразователя составит:

                                       (8.1.6)

Таким образом

Тогда              

5. Проектировка и расчет блока питания

Рис 4.1 Блок питания.

5.1. Выбор стабилизаторов

Блок питания содержит 4 канала: +5В и -6В для питания АЦП,; +/-15В для питания ОУ. Стабилизаторы рассчитываются на выходное напряжение и ток. Стабилизаторы выполнены на интегральных микросхемах.

Для канала +15В выбираем интегральный стабилизатор DA11: КР1180ЕН15.

Параметры выбранного интегрального стабилизатора:

Рис.4.1 Схема включения интегрального стабилизатора КР1180ЕН15 (+15В).

Выбираем  конденсаторы С8, С15:

С8:   К50 – 40 – 63 В – 0.33 мкФ  10%;

C15:   К50 – 6 – 25 В – 1 мкФ  10%.

Для канала -15В выбираем интегральный стабилизатор DA12: КР1179ЕН15.

Параметры выбранного интегрального стабилизатора:

Рис.4.2 Схема включения интегрального стабилизатора

КР1179ЕН15 (-15В).

Выбираем  конденсаторы С9, С12, С16:

С9:   К50 – 16 – 25 В – 30 мкФ  10%;

C12:   К53 – 16 – 32 В – 0.01 мкФ  10%;

C16:   К50 – 6 – 25 В – 10 мкФ  10%.

Для канала +5В выбираем интегральный стабилизатор DA9: КР1180ЕН5.

Параметры выбранного интегрального стабилизатора:

Схема включения аналогична КР1180ЕН15.

Выбираем  конденсаторы С6, С13:

С6:   К50 – 40 – 63 В – 0.33 мкФ  10%;

C13:   К50 – 6 – 25 В – 1 мкФ  10%.

Для канала -6В выбираем интегральный стабилизатор DA10 : КР1179ЕН6.

Параметры выбранного интегрального стабилизатора:

Схема включения аналогична КР1179ЕН15.

Выбираем  конденсаторы С7, С11,C14:

С7:   К50 – 16 – 25 В – 30 мкФ  10%;

C11:   К53 – 16 – 32 В – 0.01 мкФ  10%;

C14:   К50 – 6 – 25 В – 10 мкФ  10%.

Входное (выпрямленное) напряжение выбирают из условия:

U_в=U_вх=(U_вых+U_мин)·(1+К_н+К_п),                                                                (4.1)           где Кн=0,1 –коэффициент нестабильности сети.

Кп=0,1 –коэффициент пульсаций.

Uмин –минимальное напряжение на стабилизаторе.

U_в1=U_вх=(15+2,5)·(1+0,1+0,1)=21 (В)                                                             (4.2) 

U_в2=U_вх=(6+2,5)·(1+0,1+0,1)=9 (В)                                                                ( 4.3)

Блок питания содержит 4 канала, т.е. для каждого канала стабилизатор свой. Максимальный ток по каждому каналу:

Для канала (+15В):

I_{потрстаб}=8 мА, I_потрОУ=4 мА, I_{потребключа}=3,5 мА

Iпотр=8 мА+10·4 мА+3,5 мА =51,5 мА.                                                     ( 4.4)

Для канала (-15В):

I_{потрстаб}=3 мА, I_потрОУ=4 мА, I_{потребключа}=3,5 мА

Iпотр=3 мА+10·4 мА+3,5 мА+0,9 мА=46,5 мА.                                            (4.5)

Для канала (+5В):

I_{потрстаб}=8 мА,  I_{потребАЦП}=35 мА

Iпотр=8 мА+35 мА =43 мА.                                                                   (4.6)

Для канала (-6В):

I_{потрстаб}=3 мА,  I_{потребАЦП}=450 мА

Iпотр=8 мА+450 мА =458 мА.                                                                         (4.7)

5.2 Расчет выпрямителя

Требования к диодам:

Uпр=1В  - прямое напряжение на диодах

Для канала (±15В):

I_прср1>0,5·I_п=0,5·51,5 мА.=25,75 мА                                                     (5.2.1)

U_{обр макс1}> U_в1·(1+К_н+К_п)+U_пр =21·(1+0,1+0,1)+1 =25,2 В                     (5.2.2) 

Для канала (+5/-6В):

I_прср2>0,5·I_пср2=0,5·458=229 мА                                                            (5.2.3)

U_{обр макс2}> U_в2·(1+К_н+К_п)+U_пр =9·(1+0,1+0,1)+1 =11,8 В                     (5.2.4)

Выбираем диоды: Д226А   8 шт.

Параметры выбранных диодов:

5.3 Расчет фильтра

Рассчитаем емкость конденсаторов С4 и С5 канала +/-15В. Т.к. конденсаторы симметричны, то их емкости одинаковы.

                                                          (5.3.1)

Выбираем С5 и С4: K53 – 29 – 25 В – 100 мкФ ±10%.

Рассчитаем емкость конденсаторов  С2 канала +5В.:

                                                 (5.3.2)

Выбираем С2:          K50 – 33 – 100 В – 470 мкФ ±15%.

Рассчитаем емкость конденсаторов  С3 канала -6В.:

                                                (5.3.3)

Выбираем С3:          K50 – 24 – 25 В – 2200 мкФ ±15%.

5.4 Расчет трансформатора

Определим действующие значения напряжений и токов вторичных обмоток трансформатора

Для U1:

U₂=( U_в1· (1+К_п)+2·U_пр)/  = (21· (1+0,1)+2·1)/ =17.75 (В)                (5.4.1)

I₂= I_п·=51,5· 10^-3·=73 (мА)                                                                 (5.4.2)

Для U2:

U₂=(U_в2· (1+К_п)+2·U_пр)/  = (9· (1+0,1)+2·1)/ =8,41 (В)                    (5.4.3)

I₂= I_п·=55,6·=647 (мА)                                                                    (5.4.4)

Выберем многообмоточный унифицированный трансформатор ТПП 218-127/220-50  для питания устройств на полупроводниковых приборах. Его параметры:

Номинальная мощность   3,25  ВА

Ток первичной обмотки  0,025 А  (при подключении к сети 220 В)

Напряжения вторичных обмоток:

6.Анализ погрешностей устройства

Погрешность схемы складывается из суммы погрешностей всех ее узлов. Таким образом просуммировав все погрешности мы сможем судить о точности прибора в целом.

Погрешность каждого узла рассчитывается по следующей формуле :

                                                (6.1)

Рассчитаем погрешности каждого узла:

                                                                               (6.2)

                                                                              (6.3)

                                                                              (6.4)

Δ_АЦП считаем 1%.

,                                        (6.5)

где Δ_ст – погрешность  отклонения от 2 –х вольт напряжения на выходе стабилизатора, а Δ_{инвертора} – погрешность инвертора.

                                                               (6.6)

Таким образом погрешности преобразований не превышают 2.5% что является приемлемым значением. Погрешность цифрового канала может быть приближена к нулю путем калибровки Uоп в случае необходимости.

Заключение

Во время выполнения курсового проекта были усвоены теоретические знания о назначении, функционировании и принципах работы узлов измерительных преобразователей для электромагнитных датчиков. Также на практическом примере получены и закреплены знания и навыки