Разработка канала обработки и сбора данных (стр. 2 из 2)
Величины резисторов R27, R30 необходимы для согласования входных и выходных сопротивлений. R27 выбирается равным сопротивлению выхода ФНЧ. R30 рассчитывается по формуле (3.3).
(3.3) 
(3.4)RвыхОУ =
=103 ΩR30 =
= 
ΩВеличины всех сопротивлений выбираем из ряда номиналов Е24.
Напряжения источников +U, –U зависят от типа ОУ (от напряжения питания).
3.4 Расчет ФНЧ
Схема фильтра низких частот изображена на рисунке 3.3
Рисунок 3.3 – Схема электрическая ФНЧ (фильтр Баттерворта II порядка).
Расчет данного узла производим по следующей методике.
Найдем ω по формуле (3.10).
(3.10) 
Значение fгр находим по формуле (3.11).
(3.11)Добротность фильтра рассчитывается по формуле (3.12).
(3.12)Величина резистора R3 равна R2.
Данный фильтр имеет передаточную характеристику приведенную в (3.13)
(3.13)Зададимся номиналами резисторов R1 и R2.
R1 = 55 kΩ ;
R2 = 4 kΩ;
Рассчитаем номинал Сl1 по формуле (3.14).
(3.14) 
Номинал С2 находим по формуле (3.15).
(3.15) 
Величины номиналов всех сопротивлений и емкостей выбираем из ряда Е24.
3.5 Расчет СУ
Схема согласующего устройства изображена на рисунке 3.4.
Рисунок 3.4 – Схема электрическая СУ
Расчет данного узла производим по следующей методике.
Каскад на операционном усилителе Х3 служит для подавления синфазной составляющей. У него единичный коэффициент усиления поэтому резисторы R5, R6, R7, R8 равны между собой и имеют номинал 1.5 kΩ Каскады на ОУ Х1 и Х2 должны иметь одинаковые характеристики усиления, чтобы не вносить погрешность. Резистор R3 подстроечный для лучшей настройки данного каскада.
Оба усилителя собраны по не инвертирующей схеме, и коэффициент усиления можно рассчитать по формуле (3.11). Резисторы R1 и R4 должны быть равны между собой. Величину KU можно найти, как говорилось выше из соотношения величины сигнала датчика и шкалы АЦП (3.12).
(3.11) 
(3.12) 
Зная, коэффициент усиления KU и задавшись R33 = 10 kΩ можно рассчитать сумму R32 и R31.
При данной величине данной суммы выбираем номиналы R2 и R3 из ряда Е24 и соответственно равные 470 kΩ и 60 kΩ (подстроечный).
4. Погрешности усиления
Расчет погрешности преобразования.
Погрешность схемы обусловлена параметрами не идеальности ОУ. Основная погрешность обусловлена наличием напряжения смещения и его температурного дрейфа.
Рассчитаем погрешность преобразования от разброса параметров элементов. Для этого рассчитаем максимальный коэффициент усиления для каждого из блоков при 5% допуске разброса параметров.
Произведём расчет УС по формулам (3.13 – 3.16).
KUmax1=
(3.13)KUmax2=
(3.14)KUmax=KUmax1·KUmax2 (3.15)
DU=
(3.16)KUmax=
DU= 0,2 · (0,4 – 0,33 ) = 0,014, V
KU ФНЧ практически не зависит от разброса параметров элементов т. к. он построен по схеме эммитерного повторителя. Поэтому разброс параметров влияет только на частоту среза.
Ошибка преобразования по напряжению смещения при комнатной температуре вычисляется по формуле (3.13).
(3.13)где: Ucm – напряжение смещения ОУ OPA131P;
К1 – коэффициент усиления СУ;
К2 – коэффициент усиления ФНЧ;
К4 – коэффициент усиления УВХ.
,VВ устройстве согласования и функциональном преобразователе есть корректирующий резистор поэтому в данных блоках отсутствует погрешность связанная с входным током. В УВХ данная погрешность отсутствует из-за 100% ООС.
Температурная ошибка схемы вычисляется по формуле (3.14).
(3.14) 
Так как были выбраны ОУ одной модели то величина температурной погрешности будет в 3 раза больше из-за того что, в канале последовательно включено 4 ОУ.
= 3 · 8.012 · 10 –5 =24,036 · 10 –4 , VВеличина погрешности от изменения входного тока вычисляется по формуле (3.15)
(3.15)Результаты расчетов для каждого блока заносим в таблицу 3.3
Таблица 3.3 – Величина DUвых для блоков канала
| Блок | УС | ФНЧ | УВХ |
| DUвых , V | 0.104 | 2 · 10 -3 | 2 · 10 -3 |
Погрешность АЦП составляет половину величины квантования, она вычисляется по формуле (3.16).
(3.16)А величина Umin АЦП по формуле (3.17).
(3.17) 
Таким образом, полная погрешность канала выборки и преобразования аналогового сигнала которая состоит из суммы абсолютных погрешностей АЦП, погрешности напряжения смещения, температурной погрешности, погрешности от разброса параметров элементов и погрешность от изменения входного тока вычисляется по формуле (3.17).
(3.17) 
5. Рекомендации по наладке
В ходе наладки данного прибора необходимо произвести настройку согласующего устройства для точной установки коэффициента усиления и получения амплитуды выходного сигнала в диапазоне шкалы АЦП.
Параметры элементов функционального преобразователя и фильтра низких частот должны, минимально отличатся от расчетных значений. Для получения расчетных характеристик.
Наладку устройства выборки хранения производим при помощи внешнего генератора. После подачи импульса производим измерения всех временных диаграмм. Они должны соответствовать расчетным значениям.
Наладку производят всем электронным устройствам для работы в нормальном режиме. Чтобы все напряжения и протекающие токи находились в допустимых пределах.
Заключение
В данном курсовом проекте был разработан канал выборки и преобразования аналоговых данных. Данное устройство является посредником между цифровой и аналоговой частью любого устройства в котором объединены как аналоговые, так и цифровые блоки.
Разработана структурная и принципиальная схема канал выборки и преобразования аналоговых данных. Выполнен синтез и аппаратная реализация низкочастотного активного фильтра Баттерворта 2-го порядка. А также расчет и согласование инструментального усилителя, функционального преобразователя и устройства выборки хранения.