Проектирование устройства логического управления (разработка электронного автомата)
3.6 Устройство реализации функции F1
Задание: F1=ФВЧ 1го порядка, fгр=2,5 кГц, Ку=6дб, х1=-6Дб.
На рисунке 11а изображены амплитудо-частотные характеристики ФВЧ.
Передаточной функцией ФВЧ 1го порядка является передаточная функция апериодического звена 1го порядка. Рассчитаем ФВЧ с помощью передаточной функции звена 1го порядка.
Рис 11а.
Резистор и конденсатор выбираем из стандартного ряда Е48 или Е96 для обеспечения допустимого класса точности.
Для выполнения условия ставим на выходе ФНЧ компаратор, который сравнивает выходное напряжение ФНЧ и опорное напряжение.
Т. к. датчик освещённости приведенный потенциальный выход 0…10В, то опорное напряжение рассчитаем от уровня 10В.
Для сравнения сигнала с фильтра и сравнения его с заданным воспользуемся формулой: - 6дБ=20lg (Uвых/Uвх). Отсюда для сравнения будем брать величину
Uвых= Uвх*10-6/20=0,5 Uвх.
Т.о. Uоп =
Для получения Uоп используем источник тока REF200 с выходом 100мкА и резисторы R 50 кОм.
Схема реализации Uоп представлена на рис.
Схема реализации функции представлена на рис.
Используемые элементы С1 К50-35-25В-22нФ
R1 С2-23 0,125/0,25 1% 2,9кОм
Отсюда,
R2 С2-23 0,125/0,25 1% 2,9кОм
R3 С2-23 0,125/0,25 1% 2,9кОм
Компаратор К554СА2.
Рис 12.
Рис 13.
Схема реализации функции F1 в программе OrCAD представлена на рис.
Рис 14.
Полученные графики представлены на рис 15.
При f=2500 Гц.
При f=10000 Гц.
При f=500 Гц.
Рис 15. Графики зависимости Uвых (t) и Uвх (t)
3.7 Устройство реализации функции F2
Задание: F2=Uвых=5lnUH-UH, Х2 = 5В.
Для реализации задания потребуется логарифматор и аналоговый вычитатель. Схема реализации функции F2>X2 представлена на рис16.
Логарифмический усилитель предназначен для получения выходного напряжения, которое пропорционально логарифму входного напряжения. Для этого можно использовать характеристику диода или транзистора. Я использовал характеристику транзистора. В этой схеме дифференциальный усилитель на транзисторах Т1 и Т2 служит для логарифмирования. Выходное напряжение логарифматора считается по следующей формуле:
при Ue, Uопорн > 0,Ut=0,02586 В.
Величина сопротивления R5 в это выражение не входит. Этот резистор выбирают таким образом, чтобы падение напряжения на нём не превышало выходного напряжения операционного усилителя. Конденсаторы С1 и С2 служат для дополнительной частотной коррекции. Компенсация температурной зависимости Ut выполняется с помощью резистора R4, имеющего положительный температурный коэффициент порядка 0,3% К.
Выбираем следующие значения сопротивлений и конденсаторов из ряда Е96:
R1 С2-23 0,125/0,25 1% 200 Ом, R2 С2-23 0,125/0,25 1% 2кОм
R3 С2-23 0,125/0,25 1% 4 кОм, R4 ТРП-27 22 Ом.
Аналоговый вычитатель напряжения рассчитываем по следующей формуле:
Выбираем следующие значения сопротивлений из ряда Е96:
R6,R7, R8,R9 С2-23 0,125/0,25 1% 2кОм,R5 С2-23 0,125/0,25 1% 200Ом
Компаратор К554СА2.
Рис 16.
Схема получения Uопорн представлена на рис17. Использую микросхему REF200, содержащую в одном корпусе 2 источника тока. Выбираем резистор R из ряда Е96 С2-23 0,125/0,25 1% 100кОм. При таком значении получаю значение Uоп = 10В. Для получения напряжения сравнения Uоп = 5В выбираем резистор R С2-23 0,125/0,25 1% 50кОм.
Рис 17.
Схема реализации функции F2 в программе OrCAD представлена на рис 18.
Рис 18.
Полученный график представлен на рис 19.
Рис 19. Графики зависимости Uвых (t) и Uвх (t)