Файл: ПРИМЕР_подзадание1 (расчет канала).doc

ВУЗ: Не указан

Категория: Решение задач

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 21.10.2018

Просмотров: 246

Скачиваний: 4

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

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 Ug = 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 Кдиф = КОСС∙ Ксинф,,

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

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

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

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

Принимая Ксинф = 0,01, имеем

Кдиф = 20000∙0,01 = 200.

Для наилучшего согласования датчика с усилителем рекомендуется принять Rвх = Rд .

В этом случае Rвх = Rg = 220 Ом.

Величина сопротивления резистора Rос обратной связи вычисляется по формуле

Rос = RвхКдиф = 300∙220 = 66 кОм. Для симметрии входов полагают R1 = Rос .

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.