Таким образом постоянная времени интегратора будет t_и=R*C=100 мс;

Интегратор выполним на основе быстродействующего ОУ 544УД2:

Ku=20000;

Uсм=30 мВ;

Iвх=0.1 нА;

f1=15 МГц

Выходное напряжение интегратора будем рассчитывать по формуле:

                            (1)

 , где                                                   (2)

Посчитаем погрешность интегрирования, связанную с дополнительным напряжением на входе ОУ из-за неидеальности его свойств.

DUвх=IвхR=1.10-3 В

dUвх=DUвх/Uвх=2.10-4%

Относительная ошибка интегрирования:

g=tи/2tC=10^-5

Íàéäåì ÷àñòîòó wâ :   wâ=1/(Ku+1)RC=2.10-4 Ãö.

3.2. Формирователь сигнала (ФС).

Формирователем сигнала заданной формы является восьмиразрядный сдвиговый регистр с последовательной загрузкой и параллельной выгрузкой КР1533ИР8 (Аналог 74ALS164). Микросхема КР1533ИР8 представляет собой восьмиразрядный сдвиговый регистр с последовательной загрузкой и параллельной выгрузкой. Наличие двух входов последовательной загрузки A и B позволяет использовать один из них в качестве управляющего загрузкой данных: низкий уровень напряжения хотя бы одном из них по положительному фронту тактового импульса устанавливает первый триггер регистра в состояние низкого уровня напряжения , в то же время [RU1] высокий уровень напряжения на управляющем входе позволяет по другому входу осуществлять ввод данных в последовательном коде. Частота следования импульсов по входу С  - не более 50 МГц , т.е.  вполне пригодно т.к. максимальная частота дискретного синусоидального сигнала будет на выходе f_вых = 50/16 » 3МГц , что соответствует техническому заданию.

Таблица назначения выводов

КР1533ИР8 формирует дискретный периодический сигнал аппроксимированный функцией        , где

 - период ;

16-16 дискретов на периоде ;

n - номер текущего дискрета ;

 При однополярном питании данный сигнал сдвинут относительно нулевой точки на постоянную составляющую E_п/2.

3.2.1. Расчет номиналов резисторов.

Данная схема может обеспечить R_вых=5КОм ;

Запишем систему уравнений для нахождения номиналов резисторов:      (3)

После расчета и округления до ближайших номинальных значений получаем:

R1=R8=150КОм (МЛТ-0.25-150 кОм ±5%);

R2=R7=47КОм (МЛТ-0.25-47 кОм ±5%) ;

R3=R6=33КОм (МЛТ-0.25-33 кОм ±5%) ;

R4=R5=27КОм (МЛТ-0.25-27 кОм ±5%);

3.2.2 Анализ сигнала на выходе ФС.

Полезный сигнал на выходе регистра аппроксимируется ступенчато, что соответственно вносит свои погрешности и искажения. Возьмем сигнал для примера        с частотой f=1000 Гц и числом дискретов  N=16 ;

Рассмотрим погрешность на половине периода 

Для аппроксимации данного сигнала рассмотрим функцию:

     , где floor(x) - функция , возвращающая ближайшее целое число меньшее или равное аргументу (х вещественный).

Относительную погрешность пронормируем по истинному значению сигнала

                              (4)

Изобразим в процентном отношении

Рассмотрим спектр сигнала на выходе ФС. Для этого применим разложение  в ряд Фурье для периодического сигнала dcos(t). Найдем коэффициенты для разложения в ряд по косинусам:

            b_k=0                 (5)

Так как значение напряжения на выходе ФС между отсчетами времени

постоянно , то заменим интеграл на сумму :

                         (6)

                      (7)

                (8)

Где k - номер гармоники в сигнале

Определим коэффициент гармоник в процентах :

                          (9)

Спектр сигнала на выходе ФС выглядит следующим образом:

Таким образом видно , что коэффициент гармоник достаточно велик и нужно применить ФНЧ, отсекающий высшие гармоники спектра сигнала.

3.2.3. Перестраиваемый фильтр управляемый цифровым кодом.

                                             Электрическая схема ФНЧ:

Коэффициент передачи  К(f) такой схемы равен:

                                                                   (11)

R1=1КОм  ;   R2=R1  ;   C=5 нФ.

                                                                      ЛАЧХ фильтра

Рассчитаем подавление гармоник спектра сигнала в децибелах Kпод :

    где к -номер гармоники ;

Найдем коэффициент гармоник после ФНЧ , амплитуды гармоник станут соответственно:

                                                                                                     (12)

           %    (13)

что соответствует техническому задания (К_гарм < 1 %)

Но нам нужен перестраиваемый фильтр следовательно вместо резисторов будем использовать токовый ЦАП 572ПА1.

                                                                                                1 - аналоговый выход 1

                                                            2 - аналоговый выход 2

5 - цифровой вход 2 

6 - цифровой вход 3 

7 - цифровой вход 4 

8 - цифровой вход 5 

9 - цифровой вход 6 

10- цифровой вход 7

11- цифровой вход 8

12- цифровой вход 9

13- цифровой вход 10          

14- питание Uип (+)

15- опорное напряжение Uоп         

16- вывод резистора обратной связи

Для реализации динамических свойств ЦАП на выходе нужно использовать быстродействующий ОУ с коэффициентом усиления по напряжению не менее 104.

В качестве ОУ выбираем быстродействующий К544УД2

Схема фильтра управляемого цифровым кодом:

R=10 КОм  ; n=10 (разрядность ЦАП).

  Rmin=10 КОм                (14)

                             Rmax=10 МОм             (15)

Так как время установления выходного напряжения после подачи кода на

вход ЦАП tуст равно 5 мкс, соответственно частота дискретизации fдискр должна быть не более 200 кГц, а с учетом того  что по теореме Котельникова синусоиду  можно восстановить лишь при наличии двух дискретов на период, то максимальная частота не может быть выше 100 кГц. То есть С равно:

    ;  С= 1нФ    (К50‑6‑1нФх6.3 В); 

Данный фильтр управляется цифровым двоичным кодом N (этот код соответствует коду из синтезатора частот) следовательно изменяя код N будет изменяться

частота сигнала f_c , сопротивление резистивной матрицы ЦАП , постоянная времени интегратор t_и  и соответственно частота среза фильтра f_ср.

4. Вывод.

Т.о. блок возбуждения для вихретокового преобразователя обеспечивает подачу на накладной вихретоковый датчик синусоидального сигнала амплитудой 10 мА во всем диапазоне частот 1КГц-2.5 МГц , коэффициент гармоник сигнала при этом около 0.6%, что соответствует техническому задания.

5. Список используемой литературы.

1) Справочник "Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы", Москва, "Радио и связь" 1989 г.

2) Справочник "Изделия электронной техники. Цифровые микросхемы. Микросхемы памяти. Микросхемы ЦАП и АЦП", Москва, "Радио и связь" 1994 г.

3) Справочник "Резисторы", Москва, "Радио и связь" 1991 г.

4) Справочник "Расчет индуктивностей", Ленинград, "Энергия" 1970 г.

5) Справочник "Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий" том 2, Москва, "Машиностроение" 1986 г.

3) В.Н. Гусев, Ю.М. Гусев "Электроника", Москва, "Высшая школа" 1991г.

PAGE \# "'Стр: '#' '"   [RU1]