Расчет фильтра постоянной составляющей (ФПС)

Выбираем C1:

С1 = 169 нФ

Тип: К71-4, Uном-250 В, ряд E192, допуск 5%, предельный ТКЕ:+-100E-6 [1/0С] при t = (-60 .+85) 0С.

Выбираем C2:

С2 = 681 нФ

Тип: К71-4, Uном-250 В, ряд E192, допуск 5%, предельный ТКЕ:+-100E-6 [1/0С] при t = (-60 .+85) 0С.

В текстовом окне MicroCAP задаем для С1 и C2 модель конденсатора "K71-4+" с линейным ТКЕ = +100E-6 и значением разброса масштабного множителя емкости (C), равным 5%:

MODEL K71-4+ CAP (C=1 LOT=5% TC1=100E-6)

Выбираем R1,R2:

R1 = 649 кОм

R2 = 649 кОм

Тип: S5-54V,Pном-0.125 Вт, ряд E192, допуск 0.01%, ТКС:+-10E-6 [1/0С] при t = (-60 .+70)0С.

В текстовом окне MicroCAP задаем для R1 модель резистора "S5-54V+" с линейным ТКС = +10E-6 и значением разброса масштабного множителя сопротивления (R), равным 0.01%, а для R2 - модель "S5-54V":

MODEL S5-54V+ RES (R=1 LOT=0.01% TC1=10E-6)S5-54V- RES (R=1 LOT=0.01% TC1= -10E-6)

Выбираем R3:

R3 = 330 кОм

Тип: S5-54V,Pном-0.125 Вт, ряд E24, допуск 0.1%, группа ТКС - "А":

+-75E-6 [1/0С] при t = (-6 +20)0С

+-25E-6 [1/0С] при t = (+20 +155)0С

Т.к. ТКС резистора R3 в диапазоне температур (0 +20) 0С составляет +-75E-6 [1/0С], а в диапазоне температур (+20 +27) 0С составляет +-25E-6 [1/0С], модуль его эквивалентного линейного ТКС (максимального) для температуры +27 0С будет равен:

TC_27 = (20/27)∙75∙10-6+(7/27)∙25∙10-6 = 62,037∙10-6 (6.5.16)

В текстовом окне MicroCAP задаем для R3 модель резистора "S2-29V+" с линейным ТКС = +62.037E-6 и значением разброса масштабного множителя сопротивления (R), равным 0.1%:

.MODEL S2-29V+ RES (R=1 LOT=0.1% TC1=62.037E-6)

Для минимизации смещения выходного напряжения данного каскада от входных токов ОУ к его неинвертирующему входу подключаем сопротивление R4:

(6.5.17)

Выбираем R4:

R4 = 657 кОм

Тип: С2-29В,Pном-0.125 Вт, ряд E192, допуск 0.1%, группа ТКС - "А":

+-75E-6 [1/0С] при t = (-6 +20) 0С

+-25E-6 [1/0С] при t = (+20 +155) 0С.

Устанавливаем для R4 значение "S2-29V+" атрибута MODEL.

Выбираем ОУ DA1 - OP-07E.

Расчетные значения крайних точек диапазона полезного сигнала на выходе ФПС с учетом выбранных номиналов:

Uфпс_min = Uву_min∙(-R2/R1) = -4,2373 В (6.5.18)

Uфпс_max = Uву_max∙(-R2/R1) = -5,2378 В (6.5.19)

Расчетный диапазон изменения полезного сигнала на выходе ФПС составит:

ΔUфпс = | Uфпс_max - Uфпс_min | = 1,0005 В (6.5.20)

Результаты моделирования схемы данного фильтра в MicroCAP7 (по результатам AC-analyse, рис. 19, 20):

коэффициент усиления на пост. токе:

частота среза по графику: fср = 1,016

коэффициент подавления помехи частотой 50 Гц:

α2r = -67,72188

(6.5.21)

Рис. 19. ЛАЧХ ФНЧ

Рис. 20. Коэффициент подавления помехи частотой 50 Гц

Для того, чтобы проконтролировать коэффициент передачи фильтра по постоянному току, входной источник Uin задан с уровнем постоянной составляющей 1 В. Выполнение Transient-анализа (рис. 21) при температуре ИП 27 0С позволяет определить значение соответствующего выходного сигнала постоянного тока, равное -0.9996 В.

Рис. 21. Transient-анализа при температуре ИП 27 0С

Согласно ГОСТ 13384-93 (СНГ) время установления выходного сигнала измерительных преобразователей для ТПС (время, в течение которого выходной сигнал преобразователей входит в зону предела допускаемой основной погрешности) должно выбираться из ряда: 0.05; 0.10; 0.15; 0.25; 0.4; 0.5; 1.0; 2.5; 5.0; 10; 30 с. С учетом инерционности ФПС выберем для проектируемого ИП время установления выходного сигнала 2.5 с. В связи с этим установим для всех сигналов общей схемы временные пределы моделирования в режиме Transient-анализа от 0 до 2.5 с. После этого установившиеся значения выходных сигналов каждого блока в общей схеме сразу после анализа могут считываться по метке "Right".

Диапазон изменения сигнала на выходе фильтра по результатам моделирования в общей схеме при температуре ИП 27 0С (рис. 22, 23):

Uфпс_150 = -4,2335 В

Uфпс_250 = -5,2332 В

ΔUфпс_а = | Uфпс_250 - Uфпс_150 | = 0,9997 В

Рис. 22. Диапазон изменения сигнала на выходе фильтра по результатам моделирования в общей схеме при температуре ТПС 150 0С

Рис. 23. Диапазон изменения сигнала на выходе фильтра по результатам моделирования в общей схеме при температуре ТПС 250 0С

Статья в тему

Автоматическая спринклерная установка водяного пожаротушения
В современной технике автоматические устройства получили исключительно широкое распространение, так как эффективное использование производственных и других агрегатов, а также разработка новых высокопроизводительных установок становится возможным лишь при передаче функций управления п ...