Вибір АЦП та розрахунок нормалізатора

Розрахунок фільтру першого порядку та вибір комплектуючих елементів

Вихідні параметри фільтра наступні:

Нерівномірність передачі в полосі пропускання: 0,5 дБ;

Полоса пропускання: f_c = 400Гц;

Порядок фільтру: 1;

Коефіцієнт підсилення: К_ф = 1.

Схема фільтру нижніх частот першого порядку може бути побудована наступним чином (рис. 2.3):

Рисунок 1.3 – Схема ФНЧ першого порядку

Так, як коефіцієнт посилення дорівнює 1, схема фільтру нижніх частот спрощується і буде мати вигляд (рис. 1.4):

Рисунок 1.4 – Схема ФНЧ першого порядку при К = 1

За довідковими таблицями знаходимо нормоване значення коефіцієнту С:

С = 1,000

Номінальне значення конденсатора С₁ розраховується за формулою:

С₁ = 10/f_c (мкФ)

де f_c - частота зрізу;

С₁ = 10/400 = 0,025 (мкФ)

Визначаємо значення опору R₂ за наступною формулою:

R₂ =

де ω_с = 2π f;

R₂ = 255 (кОм),

Оберемо номінальні значення елементів схеми ФНЧ:

R₂ – МЛТ – 0.125 – 270 кОм +/- %5;

С₁ – К10 – 69 –270 нФ – 25 В;

Операційний підсилювач загального призначення 140УД6 із наступними характеристиками:

Робота від двох джерел +/- 15В;

Струм споживання: не більше 4мА;

Швидкість наростання: не менше 0,5В;

Зміщення нуля: +/-10мВ;

Зарубіжний аналог MC1456P, MC1456CG.

Вибір АЦП та розрахунок нормалізатора

Початкові данні для розрахунку аналогово – цифрового перетворювача та нормалізатора :

Напруга при мінімальній температурі: U_min = 0 В;

Напруга при максимальній температурі: U_max = 259 мВ;

Коефіцієнт підсилення фільтру: К_ф = 1;

Коефіцієнт підсилення перетворювача: К_п = 20;

Напруга повної шкали АЦП: U_п = 5 В;

Клас точності перетворення: 0,05.

Визначаємо корисну роздільну здатність АЦП із заданою точністю, за наступною формулою:

де – необхідне значення класу точності перетворювача;

2000 (дискретів)

За наступною формулою розраховуємо роздільну здатність аналого-цифрового перетворення:

де - максимальна погрішність перетворювача (+5 дискретів);

2000 5 = 10 000 (дискретів)

Приймаємо значення N, що дорівнює 16384 дискретів (2¹⁴).

З розрахунків можна зробити висновок, що розрядність АЦП повинна бути не менше 14.

Відповідно до напруги повної шкали та розрядності обираємо 14 – розрядний АЦП МАХ1318ЕСМ (рис. 1.5):

Рисунок 1.5 Типове включення АЦП МАХ1318ЕСМ

Розраховуємо нормалізатор напруги, схема якого представлена на рис. 1.6:

Рисунок 1.6 Нормалізатор напруги - неінвертующий суматор

Визначаємо напругу зміщення шкали нормалізатора, за наступною формулою:

U_зм = U_tmin К_п К_ф,

де U_tmin напруга при мінімальній температурі заданого діапазону, яка визначається при розрахунку перетворювача температури;

К_п коефіцієнт підсилення перетворювача;

К_ф коефіцієнт підсилення фільтру;

Враховуючи, що напруга при мінімальній температурі дорівнює 0, тому U_зм = 0.

З цього слідує, що джерело зсуву нам розраховувати не потрібно, також не потрібна схема стабілізації напруги. Тому схема нормалізатора буде мати вигляд (рис. 1.7):

Рисунок 1.7 – Нормалізатор напруги – неінвертующий суматор

Для забезпечення рівності повинна виконуватися умова R₁ = R₂. Можна набути типового значення рівне 10 кОм.

Необхідний коефіцієнт підсилення розраховується за наступною формулою :

де U_пш напруга повної шкали АЦП (довідкові дані);

К_п коефіцієнт підсилення перетворювача;

К_ф коефіцієнт посилення фільтру;

= 0,96

Визначаємо значення резисторів R₃, R₄, R₅. З вираження:

Приймемо значення опорів R₅ = R₂ = 10 кОм, тоді для забезпечення 50% діапазону регулювання коефіцієнта посилення номінал R₃ = R₅/2 = 5кОм. Отже:

R₄ = (R₃+ R₅/2) К = R₅ К

R₄= 10 0,96 = 9,6 (кОм)

За довідковими даними обираємо тип та номінальні значення елементів схеми АЦП та нормалізатора:

R₁, R₂ – МЛТ – 0,125 – 10 кОм +/- 5%;

R₄ – МЛТ – 0,125 – 10 кОм +/- 5%;

R₃ – МЛТ – 0,125 – 5 кОм +/- 5%;

R₅ – СП3 – 456 – 10 кОм +/- 5%;

С₁, С₄, С₅, С₆, С₉, С₁₀, С₁₂, С₁₃, С₁₄ – К50 – 35 – 25В – 100 мкФ;

С₃, С₁₁ – К50 – 35 – 25В – 10 мкФ;

С₂, С₇ , С₈ – К50 – 35 – 25В – 2200 мкФ;

Операційний підсилювач загального призначення 140УД6 із наступними характеристиками:

Робота від двох джерел +/- 15В;

Струм споживання: не більше 4мА;

Швидкість наростання: не менше 0,5В;

Малий вхідний струм: не більше 100нА;

Зміщення нуля: +/-10мВ;

Зарубіжний аналог MC1456P, MC1456CG.

Поиск по сайту: