Моделювання елементів і каналу системи збору даних

Зміст

Вступ

1 Аналітичний огляд

2 Розрахунок основних блоків

2.1 Вибір мікросхеми підсилювача

2.2 Розрахунок операційного підсилювача

2.3 Розрахунок ФВЧ

2.4 Розрахунок ФНЧ

3 Частотний аналіз

3.1 Аналіз операційного підсилювача

3.2 Аналіз ФНЧ

3.3 Частотний аналіз всієї схеми

4 Вплив елементів

4.1 Вплив елементів на підсилювач

4.2 Вплив елементів на ФНЧ

4.3 Вплив елементів на ФНЧ

4.4 Багатоваріантний вплив на загльну схему

5 Еквівалентна модель

5.1 Еквівалентна модель підсилювача

5.2 Еквівалентна модель загальної схеми

5.3 Еквівалентна модель загальної схеми

ВСТУП

Моделювання електронних схем за допомогою персональних комп'ютерів є універсальним інструментом розробки й оцінки якості проектних рішень, тобто працездатність і коректність роботи будь-якої схеми.

Моделювання має ряд переваг перед фізичним макетуванням, у тому числі:

- повторюваність експерименту; відсутність можливості "спалити";

- гнучкість і швидкість одержання результатів;

- відсутність монтажних робіт і необхідних для цього інструментів і матеріалів (паяльника, припою, флюсу, монтажної плати, електрорадіоелементів і ін.);

- непотрібність дорогих контрольно-вимірювальних приладів.

За допомогою комп'ютерного моделювання можна "простежити" будь-який струм і напруга в схемі, оцінити вплив температури і технологічного розкиду параметрів електрорадіоелементів, розрахувати рівень власних шумів, зняти АЧХ, ФЧХ, простежити за перехідними процесами, дослідити схему заміщення і багато чого іншого, що чи неможливо вимагає значних зусиль при фізичному макетуванні.

Слід зазначити, що моделлю може бути як конкретна схема, так і абстрактний процесу, відображуючи натуру, а використання технічних засобів додає моделюванню експериментальний характер, а модельний математичний опис теоретично розкриває характер явища.

В даної курсової роботи буде проведене моделювання електричної схеми на базі пакета Micro-Cap

 

1 АНАЛІЗ ЗАВДАННЯ

Метою курсового проектування є розробка схеми, яка забезпечувала б коефіцієнт посилення вхідного сигналу К=3, мала б два фільтра високих частот з частотою зрізу F=10Гц (ФНЧ ) та низьких частот (ФВЧ) з частотою зрізу F=10кГц.

a)         Посилювач К_раз=3 або у К_ДБ=9.42 ДБ

b)         ФВЧ 2-го рівня F_cp=10 Гц

c)          ФНЧ 2-го рівня F_cp=10 кГц

Функціональну схема зображена на Рисунку 1.1

Рисунку 1.1 – Функціональна схема

2 РОЗРАХУНОК ОСНОВНИХ БЛОКІВ

 

2.1 Вибір мікросхеми підсилювача

В якості датчика було обрано фоторезистор, опір якого в робочому режимі змінюється від 15 кОм до 80кОм, напруга його живлення – 5В. В той же час, максимальна на вході кінцевого пристрою дорівнює 15В, тому необхідно забезпечити коефіціент посилення 3 з максимальною точністю. Виходячи з цього скористаємось операційним підсилювачем, оберемо К140УД14А (LM108), з такими параметрами:

-     Uпит=2х15 В;

-     Кu=1000 ;

-     Uсм=0,05 мВ;

-     dIвх=0,2 нА;

-     Rвх=50 Мом;

-     Uвых.макс=12 В;

-     Iпот=2 мА;

-     Iвх=0.5 нА;

Рисунок 2.1 - Цоколівка підсилювача К140УД14А.

2.2 Розрахунок операційного підсилювача

Коефіціент підсилення інвертуючого підсилювача обраховується як: К=Roc/Rвх. Максимальний коефіціент підсилення має скласти 3, тому врахувавши світловий опір датчика 15000 Ом, знайдемо Roc=45000 Ом. Оскільки операційний підсилювач має внутрішню корекцію напруги зміщення – підключемо неінвертуючий вивод до землі.

Рисунок 2.2 – Схема підсилювача К140УД14 (LM108)

В моделі в якості джерела живлення використаємо джерело синусоїдальної напруги, напругою 5В, і частотою 10 кГц.

2.3 Розрахунок ФВЧ

Проведемо розрахунок ФВЧ другого порядку на необхідну частоту зрізу, використавши наступні викладки. Використовується операційний підсилювач LM108. Графічне зображення схема ФВЧ другого порядку подана на рис. 2.3.

Розрахуємо параметри елементів схеми:

Визначимо частоту полюсів :

Задамося значенням конденсаторів:

C*1=C3=2 мкФ

Знайдемо чому дорівнюють конденсатори С1 та С2:

, за умови R1=R2

С1=С2=0.75 мкФ;

Знайдемо чому дорівнюють резистори R1 та R2:

Звідкіля: R1=R2=15923Ом;

Рисунок 2.3 – Схема ФВЧ другого порядку