Измерительный преобразователь для индукционного датчика. Разработка и расчет принципиальной схемы. Фазосдвигающие устройство

учетом того что в данной схеме U¹вых=5 В и задавшись R7=10кОм

Получаем :

Диод VD6 предназначен для формирования импульсов только положительной амплитуды. Пороги срабатывания искл. ложные срабатывания схемы.

По ряду Е24 и справочнику [ 1 ] , [ 3 ]выбираем диод:

R7=МЛТ 0,125 10кОм

R8=МЛТ 0,25 3,3МОм±5%

КД259А.  [ 3]

Uобр.=90 В

Uпр. Мах=0,7 В

Iпр. мах.=3А

Iобр.мах.=10 мкА

3.7Дифференциальный усилитель

рис.3.7.1 Дифференциальный усилитель.

Данная схема включения операционного усилителя предполагает

U_вых=U_вх*(R₆/R₂)= U_вх*(R₄/R₃).

Задаем усиление

n=1000

т.е. R₆/R₂= R₄/R₃=1000.

R₂= R₃=150 кОм(ограничение по току).

R₆= R₄=150 МОм.

Тогда:

U_вых=U_вх*(R₆/R₂)= U_вх*(R₄/R₃)=1*10^-3*1000=1(В).

По ряду Е24 и справочнику [ 1 ] выбираем :

R4, R6- МЛТ 0,125 150к Ом±5%

R3, R2- МЛТ 0,125 150 МОм±5%

DA1: KP140УД17Б- прецезионный усилитель с внутренней коррекцией.[2]

Рис 3.7.2  Цоклёвка и назначение выводов

Параметры микросхемы:

Uтип=+\-15В; Iвх=4нА; Kусu=120000;

Uсм=+\-0,150мВ; Iпот=4мА; Uвых=11,5 В;

3.8. ФЧВ

рис. 3.8.1 Принципиальная схема фазочувствительного выпрямителя

Фазочувствительный выпрямитель ФЧВ предназначен для выделения из сигнала снимаемого с датчика полезной составляющей  ФЧВ собран по стандартной схеме на операционном усилителе DA7 типа К140УД27А. В качестве управляющего ключа использована микросхема КP590КН7,представляющая собой четырёхканальный аналоговый ключ со схемой управления (двухполюсное переключение) для коммутации напряжений от минус 15 до 15 В. Резисторы R6 и R8= 10 кОм.

По ряду Е24 и справочнику [ 1 ] выбираем :

R8=R6= МЛТ 0,125 10 кОм±5%

DA8 КP590КН7 [2]

3.9Фильтр нижних частот

ФНЧ обеспечивает подавление переменной составляющей сигнала.

ФНЧ выполнен на ОУ К140УД17[2].

В качестве фильтра используем активный фильтр первого порядка.

После ФЧВ частота сигнала увеличивается в 2 раза и будет равна F=100kГц

рис.3.9.1 Фильтр нижних частот.

Рассчитаем номиналы элементов:

Исходя из того, что пульсации выходного тока δ должны быть не более 0,5% , рассчитаем номиналы элементов R₁₄ и С₂.

1/(ω*R₁₄*С₂) ≤δ               (1)

Согласно соотношению (1) и задавшись R₁₄=R₁₃=1 кОм найдем номинал С_ф:

С₂≤1/(ω*R₁₄* δ);

С₂≤1/(2*3,14*100*10³*1*10³* 5*10^-3) ≤318*10^-6 (Ф) ≤3,3 (мкФ).

Выбираем: С₂=3,3 мкФ.

По ряду Е24 и справочнику [ 1 ] выбираем :

R13, R14- МЛТ 0,125 1 кОм±10%

C10- К73-15 30В 3,3 мкФ±10%

Построим ЛАЧХ фильтра низких частот с помощью пакета программ Micro-Cap8.0:

Рис.3.9.2. ЛАЧХ фильтра

3.10 Преобразователь "напряжение - ток"

На рис 3.10.1 показана схема преобразователя напряжения  - ток, собранная на 2 ОУ К140УД17А [1]

Рис3.10.1 Преобразователь «напряжение-ток».

Для этой схемы зависимость входного тока то входного напряжения, при условии, что R15=R17=R18, будет иметь вид

Если подобрать таким образом резисторы,чтобы

R16=R15-R19

Рассчитаем значение сопротивления резистора R19 исходя из того , что выходной сигнал преобразователя должен меняться в пределах  +\- 5мА:

Зададимся номиналом резистора R15= 1 кОм, тогда

По ряду Е24 и справочнику [ 1 ] выбираем :

R13-С5-60- 0,125- 2 кОм±5%

R15- С5-60-0,125- 1 кОм±5%

R16- С5-60- 0,125 -820 Ом±5%

R17- С5-60- 0,125- 1 кОм±5%

R18- С5-60- 0,125- 1кОм±5%

R19- С5-60- 0,125-  220 Ом±5%

4.Проектирование блока питания:

Блок питания содержит 2 канала: источники  и  питания ОУ.

Выберем выпрямитель, выполненный на блоках диодов, т.е. мостах (рис.13).

Рис.4.1. Схема выпрямителя.

Стабилизаторы рассчитываются на выходное напряжение и ток. Стабилизаторы могут быть выполнены на интегральных микросхемах. Выбираем стабилизаторы по [ 2 ] с параметрами:

Таблица4.1:

Входное (выпрямленное) напряжение выбирают из условия:

Uв = Uвх = (Uвых + Uмин) ∙ (1 + Кн + Кп),                            где Кн = 0,1 - коэффициент нестабильности сети, Кп = 0,1 - коэффициент пульсаций, Uмин - минимальное напряжение на стабилизаторе.

Uв = (15 + 2,5) ∙ (1 + 0,1 + 0,1) = 21 В.

Блок питания содержит 2 канала: для каждого канала стабилизатор свой.

Рис.4.2. Схемы включения интегрального стабилизаторов КР1180.

Рис.4.3. Схемы включения интегрального стабилизаторов КР1179.

Выбираем по справочнику [ 3 ]танталовые оксидно-полупрводниковые конденсаторы (рис.14):

С7:                                    К53 - 1А - 40 В - 0,33 мкФ ± 10 %,

С8:                                    К53 - 1А - 40 В - 1 мкФ ± 10 %.

Выбираем конденсаторы (рис.15):

С9 - алюминиевый оксидно-полупрводниковый:

К50 - 16 - 25 В - 30 мкФ ± 20 %,

С10 – с неорганическим диэлектриком:

К10 - 42 - 50 В - 10 пФ ± 10 %,

С11 - танталовый оксидно-полупрводниковый:

К53 - 1А - 40 В - 10 мкФ ± 10 %.

Расчет трансформатора и выпрямителя.

Выпрямители могут быть выполнены как на дискретных диодах, так и на блоках диодов (мостах). Требования к диодам:

где Uпр = 1 В - прямое напряжение на диодах

По каналам:

Канал U:

мА,

В.

Таблица4.2: Предельные электрические параметры диодов [3]

Действующие значения напряжений и токов вторичных обмоток трансформатора:

,                              (7.8)

.                                                   

По каналам:

Канал U:

мА,

В.

Трансформатор подбирается по вторичным параметрам U2 и I2, рекомендуется использовать многообмоточные унифицированные трансформаторы ТПП для питания устройств на полупроводниковых приборах.

Выбираем по справочнику[ 3 ] трансформатор ТПП на 50 Гц, 127/220 В на стержневых сердечниках ПЛМ, конструкция – с уменьшенным расходом меди: ТПП304. Его параметры:

Рис.16. Трансформатор.

Трансформатор ТПП304 имеет шесть обмоток. При использовании трансформатора ТПП304 – 127/220 В со стержневыми сердечниками ПЛМ на 220 В необходимо: соединить выводы 3 и 9 или 4 и 8, подать напряжение 220 В на выводы 2 и 7.

а обмотки 11–12,17–18,13–14,19–20,15–16,21–22  на 17,37В используем для питания ОУ.

Расчет ёмкостей фильтра выпрямителей:

Сф = tр / (2 ∙ Кп ∙ Rн),                                     

где tр = 0,007 с, а Rн есть отношение:

Rн = Uвхст / Iвхст.                                         

От выпрямителей идёт ветвления на 2 канала:

Канал U:

Ом.

Ёмкость фильтров по каналам:

Канал U:

мкФ.

Выбираем танталовый оксидно-полупрводниковый конденсатор[1]

К53 - 1А - 20 В - 47 мкФ ± 10 %.

Заключение.

В результате разработки курсового проекта была выполнена основная цель:

Закрепление теоретических знаний по дисциплине путём инженерного проектирования электронного преобразовательного устройства.

Данное устройство, преобразует прямолинейное перемещение объекта