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发表于 2020-1-9 23:51:32
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今天晚上没事,分析一下这个设计。
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1.首先看到这个电路的积分运放使用TL062C,查看手册,这是一个普通的JFET输入运放,共模输入单边到轨。
在±5V供电环境下,运放共模输入范围是[-2, +5],输出[-3.5, +3.5],
由于积分器的工作模式限制,输入范围应该要被限制到[-2,+3.5]
2.比较器的+输入端固定为+2.5V,由于这是整个电路的唯一基准,推得积分器的过零点就是要与+2.5比较,
那么问题来了,前面的积分器的输出是要向上穿越2.5V零点,还是向下穿越呢?
从前面的分析TL062的输出范围可知,运放的输出范围是[-2, +3.5V],如果积分器向上积分/反积分,动态范围只有[+2.5, +3.5V],
积分电压变化1V。如果积分器向下积分,则动态范围可以达到[-2, +2.5V],积分电压变化范围4.5V。很明显,积分电压要选择[-2,2.5V]这个区间
3.分析积分器部分,这个积分器和教科书介绍的理想积分器不同,反向输入端被固定到83.6mV的基准电压上,正向输入端连接到CD4051模拟8选1开关上,开关切换由单片机控制。输入的信号有0V,158.9mV,悬空, 以及几个电阻分压得到的输入信号,下面以典型的0-10V输入为例进行分析。
4.输入的[0,10V]电压经过电阻进行分压,分压后范围是[0,74.4V]。这个结果就比较有趣了,10V输入对应了74.4mV,当选择器选通10V输入通道时候,积分器+输入端的最高电压只达到74.4mV,这个电压是低于反向输入端固定的83.6mV的,因此积分器的-输入电压大于+输入电压,积分器输出电压的公式为 :
Uo = [(83.6mV-Ui*k)/18k]*t/C
其中k为100k和750Ω的分压比,电容C为0.1uF;
从上面公式可以算出积分时间的范围,这里补充一点,由于50Hz的工频干扰存在,积分时间必须是工频周期的整数倍就是常说的PLC概念,50Hz下1 PLC对应于20ms,如果设备出口到60Hz工频国家,1PLC为16.7ms。在一定范围内,积分的PLC越多,抗工频干扰性能越强。假设积分器输出电压从+2.5V开始,向下积分,最多到-3.5V,算一下[0,10V]输入端可使用的PLC最多有多少。
算出来,最不利情况,输入0V,积分速度最快,需要129ms可以充电6V,所以保守估计,在中国使用这玩意输入积分时间可以设为6PLC,
5.积分计时完成后,马上开始反积分阶段,积分器的输入端切换到158.9mV通道,最多需要146ms使比较器翻转为+,具体时间和输入电压呈正比例关系,和积分电阻,积分电容都没有关系,如果非要扯上关系,那就是这个电容要用大号的CL电容,介质吸收越小越好。
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