«Разработка измерительного преобразователя».
Задание:
Требуется разработать измерительный преобразователь со следующими техническими характеристиками:
• Напряжение входного сигнала ℮с=20 мВ
• Максимальное значение частоты входного сигнала fс=0,3 мГц
• Погрешность нелинейности =1,5%
• Значение выходного сигнала Uвых=3 В
• Измерительный преобразователь должен запиты-ваться от источника постоянного напряжения Е1, Е2=32 В
• Нестабильность источников питания δЕ=20%
Исходя из технического задания, измерительный преоб-разователь должен содержать усилитель переменного напря-жения, поскольку данный усилитель предназначен для усиле-ния только переменой составляющей входного сигнала;
двухполупериодный выпрямитель, осуществляющий пре-образование переменного напряжения в средневыпрямленное значение;
фильтр низкой частоты, предназначенный для сглажива-ния пульсаций входного сигнала выпрямителя;
масштабирующий усилитель, осуществляющий приведе-ние выходного сигнала измерительного преобразователя к но-минальному значению.
Структурная схема измерительного преобразователя пе-ременного напряжения в постоянное приведена на рисунке 1.
℮с Uвых
UСТ1 UСТ2
Е1
Е2
На рисунке 1 введены следующие обозначения:
У - усилитель переменного напряжения;
В - выпрямитель;
ФНЧ - фильтр низкой частоты;
МУ - масштабирующий усилитель;
СТ1, СТ2 - стабилизаторы напряжений;
Разработка принципиальной электрической схемы.
На основании структурной схемы была разработана функциональная, а затем и принципиальная электрическая схема. Поскольку принципиальная и функциональная схемы измерительного преобразователя, построенного на интеграль-ных микросхемах отличаются незначительно (в функциональ-ных схемах отсутствует нумерация выводов микросхемы), описание принципа действия основных узлов будем вести по принципиальной электрической схеме.
Описание основных узлов измерительного преобра-зователя.
Усилитель переменного напряжения выполнен на опера-ционных усилителях Э1, Э2, резисторах R1-R4, конденсаторе С1. Он предназначен для усиления только переменной состав-ляющей входного сигнала. Применение данного усилителя по-зволяет существенно уменьшить погрешность, обусловленную смещением и дрейфом нуля операционного усилителя. Первый каскад усилителя выполнен по схеме инвертирующего усили-теля. Он имеет коэффициент усиления R3/R1. Второй каскад выполнен по схеме буферного повторителя напряжения. Его значение - обеспечить лучшее согласование выхода усилителя переменного напряжения со входом двухполупериодного вы-прямителя. Переходная цепочка С1, R4 не пропускает посто-янной составляющей выходного сигнала первого каскада уси-лителя на вход второго каскада. Как известно, передаточная функция такой цепи описывается выражением: Кц (р) = рτц /1+ рτц, где
τц = С1R4 - постоянная времязадающая цепи. (1).
Двухполупериодный выпрямитель выполнен на микро-схемах Э4, Э6, резисторах R8, R9, R10, R14, диодах D1, D2. Вы-прямитель работает следующим образом. При входном сигнале Uвх>0 сигнал проходит на выход усилителя, через усилитель Э4, диод D2, усилитель Э6, а обратная связь замыкается через ре-зисторы R9, R14. При этом очевидно, что Uвых= Uвх (R8+R9+R14/R8). Если же Uвх