электрический расчёт

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ
(Расчёт для Бужан И.)
Устройство сравнения модуля МФДО обеспечивает преобразование выходного
напряжения датчика магнитно-электрической системы в дискретный сигнал, он
выполнен на операционном усилителе, включенном по схеме компаратора.
Схема с компаратором напряжений на основе микросхемы компаратора является
эффективным решением многих задач сравнения напряжений и сопряжения аналоговых
и цифровых сигналов.
Очень часто схема компаратора должна обеспечивать гистерезис с заданными
в разрабатываемой схеме порогами включения (верхний порог срабатывания) Uвто и
нижней точки опрокидывания Uнто
(нижний порог срабатывания) и полосой
гистерезиса. Среди компараторов имеются образцы со встроенным гистерезисом, однако
величина встроенного гистерезиса фиксирована и часто не удовлетворяет
требованиям схемы.
Компараторы
представляют
собой
ОУ
специального
предназначенные для сравнения по уровню двух входных
назначения,
напряжений и
скачкообразного изменения выходного напряжения в случае, когда одно из
сравниваемых напряжений больше другого. Любой операционный усилитель
может
быть
использован
в
качестве
компаратора,
однако
специально
спроектированные компараторы удобнее для применения.
Поскольку компараторы используются не как линейные усилители, а как
ключевые устройства, в них может успешно применяться положительная обратная
связь, чтобы увеличить коэффициент усиления и получить некоторый гистерезис в
переходной характеристике Увеличение коэффициента усиления приводит к тому,
что
амплитуда
входного
напряжения,
необходимого
для
переключения
компаратора, сокращается до очень малой величины. В ряде случаев наличие
петли гистерезиса необходимо для исключения неопределенности момента
переключения компаратора, т. е. предотвращения «дребезга». Если ширина петли
гистерезиса превышает пиковые флуктуации входного напряжения, то момент
переключения компаратора будет строго определенный, без «дребезга».
Использование положительной обратной связи для получения петли гистерезиса
и увеличения коэффициента усиления с обратной связью особенно полезно, когда
изменение входного напряжения происходит очень медленно вблизи уровня
опорного напряжения. Если компаратор является частью большой системы
управления с обратной связью, то при отсутствии петли гистерезиса могут
возникать еще и осложнения, связанные с колебательным характером выходного
напряжения.
Рисунок 2.1 – Компаратор с гистерезисом
Введение гистерезиса в работу компаратора хотя и снижает точность, но делает
его невосприимчивым к шумам. Гистерезис достигается включением более
высокого опорного напряжения, когда Uвх изменяется от низкого к высокому
уровню по сравнению со значением Uоп, используемым, когда Uвх изменяется от
высокого к низкому уровню. Высокое значение опорного напряжения называется
напряжением верхней точки опрокидывания (верхний порог срабатывания) Uвто, а
низкое — напряжением нижней точки опрокидывания Uнто (нижний порог срабатывания).
Рисунок 2.2 – Изменение входного и выходного напряжения во времени
Когда Uвх < Uвто, то U вых велико, напряжение верхней точки опрокидывания
получается с помощью делителя на сопротивлениях.
Напряжение верхней точки опрокидывания при этом равно
Uвто = [R2 / (R1+R2)]( + Uнас ),
где: Uнас == (+Uвых) макс компаратора обычно на 1 В меньше, чем Uвых.
Когда Uвх > Uвто, то выходное напряжение становится отрицательным и
стремится к -Uнас, т. е. к максимальному отрицательному выходному напряжению
компаратора.
Отрицательное выходное напряжение вызывает падение напряжения на
неинвертирующем входе до напряжения нижней точки опрокидывания
Uнто = [R2 / (R1+R2)] ( - Uнас )
Как показано на рисунке 2.2
компаратор не изменит своего состояния, пока Uвх
< Uнто. Благодаря гистерезису небольшие шумы во входном сигнале не вызовут
изменения состояния компаратора. В случае,
когда входной сигнал триггера
Шмитта имеет синусоидальную форму рассматриваемая схема преобразовывает
его в прямоугольную.
Т.к. компаратор является основной частью формирователя импульсов
датчиков похода осей модуля МФДО, поэтому рассчитаем компоненты для схемы
триггера Шмитта, приведенной на Рисунке 2.1:
Пусть гистерезис составляет 2В,
+ U = +15В,
- U = -15В
+Uнас = +14 В , -Uнас = -14 В
Так как гистерезис задан равным 2 В, то для данной схемы получаем
Uвто = Uнто и следовательно Uвто = 1 В, а Uнто = 1 В.
Пусть I R1 = I R2 = 0,1 мА;
Током смещения можно пренебречь, так как I R1 >> I см
В результате получаем
R1 = (|Uнас|- Uвто)/ I R1 = (14В - 1В) / 0,1 мА = 130 кОм
R2 = Uнто)/ I R2 = 1В / 0,1 мА = 10 кОм