3 вариант+ / 06_Розрахункова частина
.doc
2 РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА
2.1 Розрахунок перетворювача опір-напруга з ТО в ЗЗ
Визначаю вхідні дані для розрахунку:
- діапазон вимірюваної температури: Тмін=0С, Тмакс=100 С;
- опір для Rtмакс - 157,33 Ом та Rtмін - 123,24 Ом.
- вихідна напруга – 10В.
Схема електрична перетворювача наведена на рис.3.
Рисунок 3 ‒ Перетворювач опір – напруга з ТО в ЗЗ
2.1.1 Прийму струм через ТОМ I том = 1 мА.
2.1.2 Задам напругу ТОМ Uст.ном = 9В. Для забезпечення такої напруги вибираю стабілітрон Д818А, який має напругу стабілізації – 9В, мінімальний струм стабілізації – 3 мА, максимальний струм стабілізації 33 мА. Робочий струм приймаю як 10 мА.
2.1.3 Розраховую номінал опору R2:
,
де Eвх - вхідна напруга стабілізатора живлення моста, Iст.ном - робочий струм стабілітрона.
2.1.4 Розраховую номінал опору R1:
2.1.5 Визначаємо мінімальну і максимальну напругу на виході перетворювача для заданого діапазону температур :
Umax (t) = Rtmax/ R1( Uст.ном) = 157,33/900=0,175 В,
Umin (t) = Rtmin/ R1( Uст.ном.)=123,24/900=0,137 В.
2.1.6 Визначуваний необхідний коефіцієнт підсилення :
Ку= Uвых/ Umax (t) = 10/0,175 ≈ 57.
2.1.7 Визначаю комплектуючі елементи. У якості опорів вибираю резистори загального призначення типу C2-29B, враховуючи маленькі струми та малу потужність вибираю опори 0,125 Вт. Для обраних опорів виберу 2-й клас точності, тоді номінали опорів відповідно будуть:
R1-C2-29B-0.125-900 Oм±10%
R2-C2-29B-0.125-550 Oм±10%
У якості операційного підсилювача використаю операційний підсилювач загального призначення 140УД8, який має наступні параметри:
Робота від двох джерел живлення +/-15 вольт;
Струм живлення не більш ніж 5 мА;
1 МГц – частота одиничного підсилення;
2 В/мкс – швидкість зростання;
Вхідний струм – 0,2 нА;
Коефіцієнт підсилення – 30000.
2.2 Розрахунок фільтру
Згідно завданню буде використано фільтр 2-го порядку. Виконаю розрахунок фільтра.
Визначаю вхідні дані для розрахунку:
Нерівномірність передачі у полосі пропускання – 0,1 дБ;
Полоса пропускання – 600 Гц;
Коефіцієнт підсилення – 1.
Схема електрична фільтру наведена на рис.4.
Рисунок 4 ‒ Фільтр низької частоти
2.2.1. З довідника знаходжу коефіцієнти фільтру для нерівномірність передачі у полосі пропускання – 0,1 дБ та 2 – го порядку:
В=0,803816; С=0,823060.
2.2.2. Розраховую значення конденсатора С2:
С2=10/f c= 0,016 мкФ
2.2.3. Розраховую значення конденсатора С1:
С1≤В*2*С2/(4*С*(К+1))
0,0027 мкФ
2.2.4. Розраховую значення опорів:
= 456,4 кОм
2.2.4. Визначаю комплектуючі елементи. У якості опорів вибираю резистори загального призначення типу C2-29B, враховуючи маленькі струми та малу потужність вибираю опори 0,125 Вт. Для обраних опорів вибираю 2-й клас точності, тоді номінали опорів відповідно будуть:
R1- C2-29B-0.125-27 кOм±10%
R2- C2-29B-0.125-27 кOм±10%
R3- C2-29B-0.125-430 кOм±10%
У якості конденсаторів вибираю керамічні ємності типу K71-5. Для обраних конденсаторів вибираю 2-й клас точності, тоді номінали конденсаторів відповідно будуть:
С1-K71-5-2,7 нФ ±10%
С2-K71-5-0,01 мкФ ±10%
У якості операційного підсилювача використаю операційний підсилювач загального призначення 140УД8.
2.3 Розрахунок нормалізатора та вибір аналого-цифрового перетворювача
Визначаю вхідні дані для розрахунку:
Напруга на вході при мінімальної температурі – 0 В .
Напруга на вході при максимальної температурі – 1,23 В.
Напруга повної шкали АЦП – 0 ÷ 10В.
Вхідний сигнал інвертований.
2.3.1. Визначаю корисну розподільну здатність АЦП відповідно до заданого класу точності :
2.3.2. Визначаю розподільну здатність АЦП, взявши максимальну похибку ±5 дискретів
Найближче значення до розрахованого е 210=1024, таким чином роздільна здатність АЦП не може бути менша за 10 розрядів.
Розраховую нормалізатор вхідної напруги.
В раховуючи що вхідний сигнал інвертований, використаю інвертуючий нормалізатор.
Схема електрична нормалізатора наведена на рис.5.
Рисунок 5 ‒ Нормалізатор напруги - інвертуючий суматор
2.3.2. Визначаю необхідний коефіцієнт підсилення нормалізатора:
Ку= Uвих/ Емах = 10/1,23 = 8,13 ≈9
2.3.3. Розраховую значення резисторів. Приймаю значення R1 = 1 кОм, тоді:
R2+ R3=Ку* R1=9*1 кОм = 9 кОм
2.3.4. Для можливості налаштування нормалізатора задам діапазон регулювання 50%.
Δ R= (R2+ R3)±50% ;
Rmin = 4,5 кОм;
Rmax = 13,5 кОм;
Звідки R2 = 4,5 кОм; R3= 9 кОм.
2.3.5. Визначаю комплектуючі елементи. У якості опорів вибираю резистори загального призначення типу C2-29B, враховуючи маленькі струми та малу потужність вибираю опори 0,125 Вт. Для обраних опорів вибираю 2-й клас точності, тоді номінали опорів відповідно будуть:
R1- C2-29B-0.125-1 кOм±10%
R2- C2-29B-0.125-4,2 кОм +10%
R3- СП5-2В6-0.125-8,2 кОм +10%
У якості АЦП обираю 14-ти розрядний АЦП типу AD9253. Мікросхема має наступні технічні параметри:
Кількість розрядів – 14;
Час перетворення, мкc – 25;
Напруга живлення, В – 5;
Потужність, що споживається, мВт – 50;
Вхідна напруга перетворення, В 0..10;
Кількість каналів перетворення – 4.
У якості операційного підсилювача використаємо операційний підсилювач загального призначення 140УД8.