ПРИМЕР РАСЧЕТА ИНФОРМАЦИОННО – ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КАНАЛА

Информационно-измерительный канал АСНИ состоит из следующих звеньев:

датчика, предварительного усилителя, фильтра нижних частот и АЦП.

1 РАСЧЕТ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО УСИЛИТЕЛЯ

Исходные данные для расчета:

• внутреннее сопротивление датчика R _g = 220 Ом;

• выходное напряжение датчика U_g = 2,0 мВ;

• эффективное значение синфазной помехи, наводимой в витой паре проводов, соединяющих датчик с усилителем, U _сф= 1,2 В;

• максимальная погрешность от синфазной помехи =3%;

• АЦП работает с частотой f _АЦП = 2000 Гц.

Нужно найти:

• схемотехническое решение;

• необходимый КОСС (коэффициент ослабления синфазного сигнала);

• минимальный коэффициент усиления дифференциального сигнала К _ДИФ, ;

• величины сопротивлений резисторов;

• подходящий тип операционного усилителя.

В
качестве предварительного усилителя выберем дифференциальный усилитель, способный подавлять синфазные помехи. Схема однокаскадного дифференциального усилителя приведена на рис.1.

Рисунок 1 – Схема дифференциального усилителя

Требуемый коэффициент ослабления синфазной помехи вычисляется по формуле

(86дБ).

Минимально допустимый коэффициент усиления дифференциального сигнала находится в соответствии с методикой [1] по формуле К_диф = КОСС∙ К_синф,,

где К_синф определяется в зависимости от типа используемых резисторов из следующих условий

К_синф = 0,1 для резисторов, имеющих допуск 5%;

К_синф = 0,02 для резисторов, имеющих допуск 1%;

К_синф = 0,01 для резисторов, имеющих допуск 0,5%.

Принимая К_синф = 0,01, имеем

К_диф = 20000∙0,01 = 200.

Для наилучшего согласования датчика с усилителем рекомендуется принять R_вх = R_д .

В этом случае R_вх = R_g = 220 Ом.

Величина сопротивления резистора R_ос обратной связи вычисляется по формуле

R_ос = R_вх∙К_диф = 300∙220 = 66 кОм. Для симметрии входов полагают R₁ = R_ос .

В качестве операционного усилителя DA можно выбрать К140УД9, который имеет КОСС не менее 80 дБ.

2 РАСЧЕТ АКТИВНОГО ФИЛЬТРА НИЖНИХ ЧАСТОТ (НЧ)

Считаем, что рабочая полоса ОУ достаточно широкая, поэтому частоту среза находим в соответствии с теоремой Шеннона - Котельникова:

.

В
качестве активного фильтра выбираем схему НЧ фильтра Саллена-Ки, изображенную на рис 2.

Рисунок 2 – Схема НЧ фильтра

В соответствии с методикой [2] cначала находится величина емкости конденсатора С₁:

= 0.01мкФ.

Выбирая в соответствии с заданием фильтр второго порядка с АЧХ Баттерворта, можно принять следующие параметры НЧ фильтра для расчета элементов схемы Саллена-Ки:

А=1; B = 1,4142; C = 1 (фильтр с коэффициентом передачи А=1).

Рассчитываем величину емкости конденсатора C₂:

мкФ.

Величины сопротивлений резисторов R₂ и R₅ находятся по формулам

;

.

Окончательно значения резисторов и конденсаторов определяются округлением до значений нормального ряда. Принимаем R₂ = 22,5 кОм, R₅ = 9 кОм, С₁ = 0,01мкФ, С₂ = 0,005мкФ.

---

Так как А = 1(коэффициент передачи), то R₃ = ∞ , а R₄ = 0.

В случае, если коэффициент передачи фильтра А > 1, то величины R₃ и R₄ выбираются из условия R₄ / R₃ = А – 1.

В качестве ОУ можно выбрать микросхему К140 УД9.

ЛИТЕРАТУРА

1. Гарет П. Аналоговые устройства для микропроцессоров и мини-ЭВМ / П. Гарет. – М.: Мир,1981.-382с.

2. Гутников В.С. Фильтрация измерительных сигналов / В.С. Гутников.-Л.: Энергоатомиздат,1990.-192с.

---

Смотрите также файлы

• контр_ЗАДАНИЕ.doc

• Языки_контр_зао.docx

• ЦЕЛИ_ ЗАДАЧИ_ТЕМЫ КП БД.docx

• УМК_Практические работы.pdf

• Требования к СУБД.docx