Построение и расчет схемы активною фильтра

2.

Построение и расчет схем измерительных усилителей ИУТ, ИУР.

1.1 Измерительный выходной сигнал датчиков технологических параметров часто представляет собой напряжение, снимаемое с мостовой схемы. Поэтому в качестве датчиков , можно использовать схему балансного моста, в одном из плеч которого включен первичный резистивный измерительный преобразователь (рис.2).

Если плечи моста равны между собой, то выходное напряжение U схемы будет равно нулю. В качестве используется сопротивление первичного резистивного измерительного преобразователя до рассогласования, задающего разбаланс моста. По условиям задания разбаланс моста: . Определяем отклонение сопротивления резистивного преобразователя при рассогласовании:

и после рассогласования:

Найдём выходное напряжение рассогласования моста:

1.2 Подбор и анализ схемы. Для усиления сигнала датчика напряжение U подается на вход схемы, построенной на ОУ с дифференциальным входом (рис.З). В этой схеме , если . Здесь - дифференциальный коэффициент усиления схемы, а - дифференциальное входное напряжение ОУ, равное выходному напряжению U измерительного моста, так как .

В разностном усилителе помехи на входах воспринимаются синфазными сигналами и ослабляются. Схема усиливает только разностный сигнал. В идеальном ИУ синфазные входные напряжения одинаковы, их разность равна нулю, поэтому помехи не влияют на работу ИУ. В реальном ИУ трудно создать одинаковые условия приема синфазных сигналов по каждому входу ИУ. Для подавления синфазной помехи необходимо точно подобрать номиналы резисторов схемы ИУ. Точность резисторов схемы:

Для увеличения входного сопротивления эту схему дополняют повторителями напряжения на неинвертирующем ОУ, подключаемыми к входам усилителя (рис.4).

В этом случае входное сопротивление по каждому входу схемы будет равно:

Недостатком такой схемы является трудность регулировки коэффициента усиления так как приходиться одновременно изменять точно подобранные сопротивления схемы. Это устраняется в усилителе, представленном на Рис. 5. В этой схеме симметричный вход подключается к двум неинвертирующим усилителям с плавным регулированием коэффициента усиления с помощью переменного резистора KR

Коэффициент усиления данной схемы:

где К - коэффициент переменного резистора KR.

Коэффициент ослабления синфазного сигнала схемы

1.3. Определяем пределы изменения коэффициента усиления схемы ИУ от

1.4. Выберем номиналы резисторов для схемы ИУ на рис. 5 с точностью к=5% из ряда номиналов Е24 (см. /4/). Значения сопротивлений входных резисторов R1 и R2 возьмём высокими порядка нескольких десятков кОм, чтобы не нагружать входы операционного усилителя. Значения сопротивлений обратной связи и R3 возьмём на порядок выше.

Rl = R2 = 7 500 Ом.

R3 = Roc = 75 000 Ом.

Находим

1.5. Определяем пределы изменения коэффициента К переменного резистора KR, исходя из требуемой глубины регулирования коэффициента усиления схемы:

1.6. Определяем пределы изменения сопротивления переменного резистора KR:

Резистор KR построим из двух частей. Одна из них - постоянный резистор с сопротивлением , а другая - переменный с сопротивлением . Получаем:

1875<KR<3750

Постоянная часть - 1875 Ом, переменная часть - 1875 Ом. Подбираем номиналы этих резисторов с точностью к=10% из ряда Е12 (см. /4/):

переменный - 1800 Ом, постоянный - 1800 Ом.

В пересчете с учетом номиналов получаем:

1800<KR<3600.

1.7. Находим нижнюю границу входного сопротивления при Kmjn:

1.8. Находим нижнюю границу

1.9. Находим наибольший уровень синфазной помехи на выходе ИУ:

2. Построение и расчёт схемы измерительного усилителя.

ИУ светового потока ИУр строится на основе операционного усилителя (Рис. 6). Используется схема преобразователя тока фотодиода в напряжение.

Фотодиоды относятся к числу фотоприёмников. В них в результате увеличения числа неосновных носителей заряда увеличивается проводимость вещества, т. е. появляется фотопроводимость. При облучении светом р-п-перехода увеличивается ток неосновных носителей, т. е. увеличивается обратный ток этого перехода: 1обр = f (Ф), где Ф - световой поток. На этом основана работа светодиода к которому подключается источник обратного напряжения через сопротивление нагрузки R„. При увеличении Ф увеличивается 1обР и растёт падение напряжения на нагрузке IO6PRH-

Фотодиод подключается к низковольтному источнику питания обратно и служит датчиком светового потока Др. Фактически он является для входной цепи ОУ источником тока, который управляется световым потоком (на Рис. 7 изображена схема замещения).

Расчитываем

Выбираем номинал этого сопротивления из ряда Е24:

3. Построение и расчёт схемы усилителя-сумматора ИУ

3.1. Усилитель-сумматор на базе ОУ осуществляет операцию алгебраического сложения

выходных напряжений ИУТ, ИУр и ИУр. Напряжение U1 подается на инвертирующий вход ОУ, а

– на неинвертирующими. Схема выполняет операцию алгебраического сложения при соблюдении условия баланса коэффициентов усиления инвертирующем и неинвертирующем входах. То есть, сумма коэффициентов усиления на инвертирующем входе должна быть равна сумме коэффициентов усиления на неинвертирующем входе:

К1 = К2 + К3, где К1 = Roc/ R1; К2 = Rос/ R2; КЗ = Roc/ R3.

Для данной схемы справедливо выражение:

Знак минус при коэффициенте означает подключение источника входного напряжения к инвертирующему входу ОУ, а знак плюс - к неинвертирующему.

Проверяем условия баланса при заданных значениях коэффициентов алгебраического суммирования (см. задание на КР):

-0.8 0.8+0.8

Условие баланса не выполняется. Поэтому вводим дополнительный резистор Rfl0„ с заземлённым входом. Вводим величину Кдоп из условия баланса:

= 0.8+0.8+0.8 = 2.4

3.2. Расчёт сопротивлений:

Ом

Выбираем номинал: 33 000 Ом.

Выбираем номинал: 95 300 Ом.

Выбираем номинал: 95 300 Ом.

Выбираем номинал: 95 300 Ом.

Усилители, имеющие избирательные свойства, условно подразделяют на фильтры низких и высоких частот, а также полосовые и режекторные (заграждающие). Фильтры низких и высоких частот соответственно пропускают только низкие или только высокие частоты, полосовые и режекторные обеспечивают пропускание или непропускание сигналов определенных частот.

Для получения у усилителей избирательных свойств в области низких частот (ниже 20 кГц) преимущественно применяют RC-цепи интегрирующего или дифференцирующего типа. Они включаются на входе или выходе усилителя и охватывают его частотно-зависимой обратной связью.

В области высоких частот в качестве фильтров низких частот широко применяют высокочастотные дроссели, а полосовые и режекторные фильтры выполняют на основе использования катушек индуктивности (LC-фильтры).

Под активными фильтрами обычно понимают электронные усилители, содержащие RC- цепи, включённые так, что у усилителя появляются избирательные свойства. При их применении удаётся обойтись без громоздких, дорогостоящих и нетехнологичных катушек индуктивности и создать низкочастотные фильтры в микроэлектронном исполнении, в которых основные параметры могут быть изменены с помощью навесных резисторов и конденсаторов.

В данной работе ведётся расчёт фильтра низких частот. Его принципиальная схема и JIAЧX показаны на Рис. 10 (дополнительно см. в /2/). Вообще простейшие активные фильтры имеют малую крутизну спада ЛАЧX. Это свидетельствует о плохих избирательных свойствах. Для улучшения избирательности нужно повышать порядок передаточных функций за счёт введения дополнительных RC-цепей или последовательного включения идентичных активных фильтров. На практике наиболее часто используют ОУ с цепями ОС, работа которых описывается уравнениями второго порядка.

Известно, что ФНЧ второго порядка описывается передаточной функцией (/1/):

Будем использовать схему на Рис. 11.

Передаточная функция такого фильтра:

Откуда

Определяем параметры фильтра:

1.

2.

3.

4.

5. 47 000 Ом.

6.

7.

8. 30 000 Ом

Дата добавления: 2015-05-06