 |
Разработка структурной схемы
|
|
|
|
Содержание
Введение
. Постановка задачи
. Разработка структурной схемы
. Разработка принципиальной схемы
Расчёт блока интегрирования
Разработка блока зпоминания
Расчёт генератора прямоугольных импульсов
Расчёт источника опорного напряжения
Расчёт усилителя напряжения
Расчёт усилителя мощности
Расчёт блока управления ключами
Заключение
Список литературы
преобразователь информация импульс сигнал усилитель
Введение
В современной промышленной электронике цифровой принцип построения систем занимает доминирующее положение по сравнению с аналоговым. Применение цифровых устройств и микропроцессорных систем позволяет создавать более интеллектуальные системы управления. В то же время данный подход значительно увеличивает помехоустойчивость, точность и к. п. д. устройств, значительно упрощает эксплуатацию.
Однако большинство контролируемых параметров носит непрерывный характер. Для обработки таких входных сигналов цифровыми схемами применяют различные способы аналого-цифрового преобразования. Часто возникает необходимость оценить не только амплитудное значение поступающего сигнала, но и учитывать длительность отслеживаемого воздействия. Применение классических АЦП в этом случае сопряжено с необходимостью жёсткой привязки ко времени и математической обработки полученной информации.
Для упрощения схемы обработки поступающего сигнала и обеспечения асинхронной обработки целесообразно применить специальный преобразователь.
Данное устройство обеспечивает преобразование аналоговой величиы (площадь импульса) в пригодную для цифровой обработки форму. То есть обеспечивается пропорциональная связь между площадью входного импульса и частотой выходного сигнала.
|
|
|
На примере курсового проекта будет описан один из преобразователей, обеспечивающих преобразование аналоговой информации в доступную для цифровой обработки форму.
Постановка задачи
Необходимо разработать следующий преобразователь:
На входе преобразователя П действуют прямоугольные импульсы, длительность которых может изменяться в интервале 
, а амплитуда 
.
Синтезировать структуру П таким образом, чтобы длительность импульса, частота сигнала и напряжение на выходе П были пропорциональны площади входного импульса. Предусмотреть плавную регулировку:
Ток нагрузки по выходу Imax = 100ма.
Разработка структурной схемы
Рис. 1. Структурная схема преобразователя
U ВХ - входной сигнал в виде прямоугольных импульсов положительной полярности.
tX max - управляющий сигнал, устанавливающий максимальную длительность импульсов выходного сигнала.
КУ - управляющий сигнал, определяющий коэффициент усиления по напряжению, то есть обеспечивающий плавную регулировку U вых В в пределах (0 - 10) В.
ИОН - источник опорного напряжения. УМ - усилитель мощности.
Разрабатываемый преобразователь можно представить в виде трёх основных блоков, последовательно обрабатывающих входной сигнал:
1) Блок интегрирования, запоминания и блок управления ключами - обеспечивают циклическую смену режимов (интегрирование, запоминание, сброс).
2) Блок генератора прямоугольных импульсов, управляемый напряжением. В зависимости от положения ключа S 4 осуществляется преобразование tX ~ U или f ~ U.
3) Усилитель, осуществляющий плавную регулировку U вых в пределах (0 - 10)В и усилитель мощности, обеспечивающий необходимый выходной ток.
Рассмотрим функционирование первого блока.
Рис.2. Временные диаграммы работы блока интегрирования, запоминания и блока управления ключами
|
|
|
Блок функционирует по следующему алгоритму. Входной импульс подаётся на интегратор (DA1). По срезу входного импульса открывается ключ S2 и происходит заряд конденсатора С2 до напряжения на C1. После окончания процесса перезарядки S2 размыкается, а S1 замыкается, сбрасывая интегратор. Напряжение с C2 через буфер подаётся на другие блоки преобразователя. Таким образом, значение напряжения на выходе блока запоминания обновляется после прохождения входного импульса и остаётся неизменным во время пауз и интегрирования, что позволяет применять его в качестве входного сигнала в других блоках. Особое внимание при разработке следует уделить уменьшению паразитных токов, разряжающих C2, так как это ухудшает качество запоминания.
При управлении ключами блок управления опирается на напряжения в трёх точках: UВХ, 1, 2.
При включении UВХ = 0, в точке 3 - “1”, в точке R - “0”. U1 = U2 следовательно в точке 4 - “0”. На выходе RS-триггера DD3 Q - “1”. Поэтому S1 замкнут, S2 разомкнут. При поступлении входного импульса в точке 3 - “0”. S1 и S2 разомкнуты, начинается интегрирование входного импульса. После прохождения входного импульса происходит сравнение U1 и U2 .При их неравенстве происходит заряд C2 до напряжения C1. Как только U1 = U2 на вход S триггера DD3 подаётся “1”. На выходе устанавливается “1”. Так как в точке 3 - “1” то S2 разомкнут, S1 замкнут. Интегратор сбрасывается, а напряжение на С2 запоминается. Следующим входным импульсом триггер сбрасывается и процесс повторяется.
Рассмотрим функционирование блока генерации прямоугольных импульсов, управляемый напряжением.
В зависимости от способа подключения генератора входное напряжение генератора может быть пропорционально tx или f. Рассмотрим сначала случай, когда преобразователь работает в режиме tX ~ S (ключ S4 во втором положении).
Рис.3. Временные диаграммы генератора прямоугольных импульсов
В данном режиме U7 = 0. При включении генератора начинается интегрирование постоянного напряжения - Uи, которое поступает с регулируемого источника опорного напряжения. От величины Uи зависит наклон прямой на выходе интегратора. При достижении напряжением U5 значения входного напряжения U6 на выходе компаратора DA7 появляется “1”, что устанавливает выход триггера DD6 в “1”. Ключ S3 замыкается и происходит сброс интегратора. При достижении U5 значения напряжения U7 на выходе компаратора DA8 появляется “1” и сбрасывает RS-триггер DD6, ключ S3 размыкается, начинается интегрирование. Цикл повторяется.
|
|
|
Уменьшение входного напряжения U7 ведёт к уменьшению длительности импульса в точке 11. Так как интегрирование идёт с большой точностью, то зависимость tx от U7 линейна.
Чтобы генератор осуществлял преобразование f ~ U. входное напряжение подаётся на вход DA8 (точка 7), а на DA7 (точта 6) подаётся +Uп.
S4 в третьем положении. При увеличении Uвх частота выходного сигнала увеличивается. зависимость f от Uвх так же линейна.
В качестве усилителя напряжению применён ОУ в неинвертирующем включении.
В качестве усилителя мощности применён трёхкаскадный усилитель с единичной ООС. Дифференциальный каскад на входе позволяет реализовать ОС, а двухтактный эмиттерный повторитель на выходе обеспечивает необходимое быстродействие. Выходной каскад работает в режиме AB.
|
|
|
