1. Основные характеристики аэу. 6Тема Основные характеристики аэу 1 Классификация аэу

• Название: 6Тема Основные характеристики аэу 1 Классификация аэу
• Дата: 29.03.2019
• Размер: 1.22 Mb.
• Имя файла: 1. Основные характеристики аэу.doc
• Тип: Документы; #71982
• страница: 8 из 8

16.2 Схемы активных фильтров

16.2.1 Фильтры Саллена-Ки
С ростом порядка фильтра фильтрующие свойства улучшаются. На одном ОУ достаточно просто реализуется фильтр второго порядка. Для реализации фильтров нижних, верхних и полосовых частот широкое применение нашла схема фильтра второго порядка Саллена-Ки (рис.16.5).



Рисунок 16.5 - Схема активного ФНЧ второго порядка Саллена-Ки

ООС, сформированная с помощью делителя напряжения R₃, R₄ = R₃(K – 1), обеспечивает коэффициент усиления, равный К.

– интегрирующие цепи.

Поменяв местами сопротивления и конденсаторы в схеме (рис.17.5) получим фильтр верхних частот ФВЧ(16.6).



Рисунок 16.6 – Схема активного ФВЧ второго порядка Саллена-Ки

где – дифференцирующие цепи.

Имеются две RC-цепи, следовательно, это фильтр второго порядка.

Коэффициент передачи

(16.1)

Сопротивления R₃ и R₄ - определяют коэффициент затухания и тип фильтра.

Характеристика вблизи края П_проп формируется за счет ОС, которая осуществляется за счет С₁ в ФНЧ, C₂   в ФВЧ.

Полосовой фильтр второго порядка можно реализовать на основе схемы Саллена-Ки (рис.16.7).



Рисунок 16.7 – Схема активного полосового фильтра Саллена-Ки

. Параметры фильтра рассчитываются по формулам

(16.2)

где f_p – резонансная частота; α – коэффициент передачи ООС через ДН.

Достоинство схемы – ее добротность зависит от параметра α, тогда как резонансная частота от этого параметра не зависит.
16.3 Расчет параметров схемы активного ФВЧ Чебышева
На (рис.16.8) приведена схема активного фильтра высокой частоты (ФВЧ) 2-го порядка Чебышева.



Рисунок 3.1 – Схема активного ФВЧ 2-го порядка Чебышева

Любой полиноминальный фильтр порядка n (т.е. такой, что его передаточная функция представляет собой отношение полиномов) может быть представлена последовательным соединением фильтров 2-го порядка.

Тогда передаточная функция (ПФ) активного ВЧ фильтра n-го порядка примет вид

(16.3)

где m – количество звеньев 2-го порядка; К – коэффициент усиления фильтра n-го порядка; a_i , b_i – коэффициенты полиномов ПФ фильтра, берутся из (табл. 16.1).

Формула (16.3) ПФ фильтра получается из законов теории автоматического управления, т.е равна отношению изображений выходного напряжения к входному:

(16.4)

Расчетным путем установлено, что для достижения приемлемого ослабления колебаний в области частот пропускания (A_{P MIN} = 0,5 дБ) коэффициенты ПФ фильтра a_i , b_i должны иметь строго определенные значения. (табл.16.1).

Таблица 16.1 – Коэффициенты полиномов ПФ для фильтров 2, 4 и 6 порядков

Фильтр Чебышева, AP MIN = 0,5 дБ	Порядок фильтра n
	2	4		6
	Номер и количество звеньев m
	1	1	2	1	2	3
a	1,3614	2,6282	0,3648	3,8645	0,7528	0,1589
b	1,3827	3,4341	1,1509	6,9797	1,8573	1,0711

Если коэффициенты ПФ фильтра a_i , b_i известны и для простоты расчета положить, что С₁ = С₂ = С, то, используя (16.3 и 16.4) и приравняв коэффициенты двух ПФ, определим сопротивления схемы

(16.5)

где ω_С – круговая частота среза, которая определяется через граничную частоту пропускания f_п и равна

ω_С = 2π f_п .

Эмпирическим путем установлено, что для приемлемых величин сопротивлений и постоянных времени фильтра, емкость С выбирается близким отношению

(16.6)

где f_З – граничная частота задержки.

Отрицательная обратная связь ОУ, образованная делителем напряжения R₃, R₄ = (K – 1)R₃, обеспечивает коэффициент усиления равным К. R₃ можно принять равным 1кОм, тогда по известному К определяется второе сопротивление.

Таким образом, по формулам (16.5 и 16.6) и R₃ = 1кОм определены электрические параметры схемы активного ФВЧ Чебышева.

Тема 17. Применение ОУ в микропроцессорных схемах

17.1 Функциональные преобразователи с использованием

множительных устройств
Аналоговое множительное устройство является специализированным вычисли­тельным средством, предназначенным для формирования произведения двух сомножителей, которые представлены напряжениями постоянного или перемен­ного тока. При этом возможна реализация методов плавной аппроксимации на основе дробно-рациональных и полиномиальных зависимостей, сочетающих сниже­ние методических погрешностей с сокращением аппаратурных затрат. Применение множительных устройств позволяет выполнить операции умножения и деления, воз­ведение в квадрат и извлечение корня, обеспечивая решение многих задач авто­матического управления и контрольно-измерительной техники. Совместно с опе­рационными усилителями множительные устройства осуществляют приближенное формирование различных тригонометрических и специальных функций.

Среди многообразия методов построения аналоговых множительных устройств наиболее распространены параметрические методы, основанные на использовании экспоненциальной зависимости тока на открытом переходе диода от приложенного к нему напряжения или тока коллектора через транзистор от базо-эмиттерного напряжения.

В качестве примеров реализации функционального преобразователя с использо­ванием множительных устройств рассмотрим построение синусного (косинусного). Построение синусного (коси­нусного) преобразователя может быть выполнено, например, с использованием зависимости



где х и у — входная и выходная переменные, обеспечивающей приближение к синус­ной функции с методической погрешностью ±0,17% в диапазоне 0...1. Представляя аппроксимирующую зависимость в неявной форме, получим

у = 4(0,4х - 0,2х²) + (0,4х – 0,2х²)у.

Такое устройство реализуется при помощи двух множительных устройств и двух сумматоров (рис.17.1).



Рисунок 17.1 – Структурная схема функционального преобразователя для формирования синусной (косинусной) функции

На первом множительном устройстве А1 с развязывающим . усилителем А2 выполняется возведение в квадрат входного напряжения U_x.

Полученное напряжение U₂ = U_x² в масштабе R₁/R₂ вычитается из напряжения U_x в масштабе [(R₁ + R₂)/R₂][R₃/(R₃ + R₄)] на усилителе A3, образуя на выходе при R₁ = R, R₂ = 2,5R; R₃ = 2R и R₄ = 1,5R напряжение

U₃ = 0,8U_x - 0,4U_x².

Это напряжение поступает на второе множительное устройство А4 с развязывающим усилителем А5, на выходе которого формируется напряжение

U5 = (0,8U_x - 0,4U_x²)U_y.

Напряжение U₃ в масштабе [R₆/(R₆ + R₅)][(R₇ + R₈)/R₇] и напряжение U₅ в штабе [R₅/(R₆ + R₅)][(R₇ + R₈)/R₇] суммируются на прямом входе второго сумма на усилителе А6, образуя искомую зависимость

U_y = 4(0,4U_x - 0,2 U_x² ) + (0,4U_x - 0,2 U_x² )U_y

при номиналах резисторов R₅ = 0,5R; R₆ = 2R; R₇ = R и R₈ = 1.5R. С выхода второго сумматора напряжение U_y поступает в качестве второго сомножителя на второе множительное устройство А4.
17.2 Цифровой амперметр
В цифровых приборах, в отличие от аналого­вых, обязательными элементами схемы являются аналого-цифровые пре­образователи (АЦП) и цифровые отсчетные устройства (ЦОУ) (рис.17.2). Измеряемое напряжение в таких приборах вначале преобразуется вход­ным аналоговым преобразователем (ВАП) к виду, удобному для последу­ющего преобразования; далее с помощью АЦП происходит его дискретизация и кодирование; а затем в ЦОУ осуществляется цифровой отсчет зна­чения измеряемой величины.



Рисунок 17.2 – Структурная схема цифрового амперметра

Основой всякого цифрового прибора служит аналого-цифровой пре­образователь (АЦП), который осуществляет дискретизацию, квантова­ние и кодирование информации.

Аналого-цифровые преобра­зователи - это измерительные преобразователи, предназначенные для автоматического преобразования измеряемой аналоговой ве­личины в дискретную, представленную в виде цифрового кода.

Современные микроконтроллеры (интегральные микросхемы) имеют встроенные АЦП, Flash-память, таймеры, приемопередатчики, т.е. могут обрабатывать цифровые и аналоговые сигналы от датчиков информации, осуществлять хранение и передачу закодированных сигналов.

Рассмотрим функциональную схему амперметра на микроконтроллере PIC16F877 (рис.17.3).



Рисунок 17.3 – Функциональная схема цифрового амперметра

где Д – датчик тока (шунт); У – операционный масштабирующий усилитель; МК – микроконтроллер; ЦИ – цифровой индикатор – микросхема семисегментного светодиодного индикатора

Принципиальная электрическая схема цифрового амперметра приведена на (рис.17.4).



Рисунок 17.4 – Принципиальная электрическая схема цифрового амперметра

Шунт R₁₂ изготавливается из константанового или манганинового провода диаметром 1,5 мм и равен 0,01 Ом.

Стабилизатор напряжения DA1 на ИМС К142ЕН12А обеспечивает микроконтроллер напряжением питания Е_п = 5В и опорным напряжением АЦП.

Подстройка напряжения питания осуществляется при помощи потенциометра R₄ типа СП5-16А.

На операционном усилителе DA2.1 собран масштабирующий усилитель напряжения. Операционный усилитель DA2.2 включен по схеме повторителя входного сигнала. Оба ОУ представлены в виде ИМС LM741.

Микроконтроллер DD1 тактируется внешним кварцевым генератором с частотой 4 МГц.

Семисегментные светодиодные индикаторы HG1 – HG3 представлены в виде ИМС АЛС324А. Для нормальной работы семисегментных светодиодных индикаторов с общим катодом необходимо использовать гасящие резисторы R₃, R₅-R₁₁.

Сегмент запятой Н горит постоянно от источника питания через гасящий резистор R₃ во втором разряде 2.

Данная схема цифрового амперметра рассчитана на предел измерения 5,12А. Например, во втором разряде (2) горит цифра 5 и запятая Н;.в первом разряде – цифра 1; в нулевом разряде – цифра 2.

В схеме цифрового амперметра используются четыре ОУ:

- в стабилизаторе напряжения DA1;

- в масштабирующем усилителе DA2.1 и повторителе DA2.2;

- в кварцевом генераторе.

Таким образом, при обработке аналоговых сигналов, согласования уровней, стабилизации напряжения и тока, фильтрации и т.д. без операционных усилителей не обойтись.


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Алексенко А.Г. Основы микросхемотехники.– М.: БИНОМ Лаб.знаний, 2004. – 448 с.

2. Волович Г.И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств. – М.: Издательский дом «Додэка-ХХI», 2005. – 528 с.

3. Лачин В.И. Электроника. – Ростов н/Д: Феникс, 2007. – 704 с.

4. Опадчий Ю.Ф. Аналоговая и цифровая электроника. – М.: Горячая линия Телеком, 2005. – 768 с.

5. Павлов В.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств. – М.: Радио и связь, 2005. – 320 с.

6. Пейтон А.Дж., Волш В. Аналоговая электроника на операционных усилителях. – М.: БИНОМ, 1994. – 352 с.

7. Прянишников В.А. Электроника. – СПб.: КОРОНА Принт, 2006. – 416 с.