- •Введение
- •Задание на курсовой проект
- •Требования к оформлению курсового проекта
- •1 Анализ структурных схем систем бора данных
- •2 Функциональный состав устройств допускового контроля
- •3 Преобразователи нормализаторы напряжения постоянного тока
- •3.1 Пример расчёта делителя
- •3.2 Алгоритм расчёта делителя напряжения
- •4 Расчет усилителей-нормализаторов
- •4.1 Расчёт усилителя постоянного тока
- •4.2 Расчет усилителей переменного напряжения
- •5 Амплитудные выпрямители
- •6 Выпрямители среднего значения
- •7 Выбор интерфейсов управления и обмена данными
- •Ряды наминальных сопротивлений резисторов широкого применения, выпускаемые промышленностью
- •Допускаемые отклонения сопротивлений резисторов от номинала и их буквенные обозначения
- •Список рекомендуемой литературы
3 Преобразователи нормализаторы напряжения постоянного тока
Пусть параметр Si ОД характеризуется уровнем напряжения постоянного тока U и его допусковыми значениями Umax и Umin. В этом случае необходимо только нормализовать напряжение U, т.е. привести величину сигнала к требуемому уровню. Для этого необходимо:
-
Поделить U до уровня допустимых значений входных параметров элементов УДК (если UUвх);
-
Усилить Uх, если U<<Uвх;
-
Нормализация не требуется, если U~Uвх.
Например, номинальное значение U = 45 B, а верхний Umax и нижний Umin допустимые значения отличаются от номинального соответственно ±10%. Следовательно:
Umax = U + 0.1 ∙ U = 50 B
Umin = U 0.1 ∙ U = 40 B.
Допустимый динамический диапазон U для УДК обычно составляет 2…10В. Выбрав значение 5В, можно получить, что для нормализации сигнала U=45В необходимо использование делителя напряжения с коэфициентом деления около 10. В этом случае динамический диапазон сигнала на входе УДК составит 4..5В, что вполне соответствует требованиям ТУ на большинство радиокомпонентов (операционные усилители, компараторы, АЦП и пр.)
Для реализации делителя может быть использована схема, представленная на рисунке 8
а) без учёта нагрузки; б) с учётом нагрузки
Рисунок 8 - Схема резистивного делителя
Коэффициент передачи делителя (рис.5) без учёта нагрузки:
К = (1)
С учётом нагрузки:
Кн =
Если обозначить через Rэ, то:
Кн =
Если Rн » R2 (более чем на несколько порядков), то Rн можно не учитывать. Например, если R1 = R2 и Rн = 100∙R2, то в этом случае:
К = = 0.5, а Кн = = 0.4975
Абсолютная погрешность коэффициента передач делителя из-за игнорирования Rн K = K - Kн = 0.0025, а относительная погрешность составит δ = = 0.0005 или 0.05% . Если Rн < R2, то нагрузку необходимо подключить через согласующий каскад.
На погрешность коэффициента передачи резисторного делителя также влияют дискретность номиналов R1 и R2, определяемая рядом сопротивлений (Е48, Е96, Е192), и допустимые отклонения от этих номиналов (технологический допуск при производстве).
Погрешность К из-за отклонений сопротивлений R1 и R2 от заданных значений может быть определена по извесному уравнению погрешностей в абсолютных значениях:
, (2)
где Х – абсолютное значение отклонения выходного параметра РЭА;
Хj – величина параметра компонента, входящего в состав РЭА;
n – количество компонентов РЭА, влияющих на выходной параметр x РЭА.
Для рассматриваемого примера (n=2) формулу (2) можно преобразовать:
.
Учитывая (1) можно получить, что
, а .
Тогда
где и - допуска на резисторы R1 и R2.
Окончательно получим:
. (3)
3.1 Пример расчёта делителя
Пусть требуется рассчитать делитель для U = 50B10% с погрешностью контроля δк < 0.03 и входным сопротивлением Rвх / В 10 кОм/В. Предположим, что нагрузкой является два входа компаратора К554СА1, его параметры: Iвх = 75 мкА, Uвх доп < ± 5 В.
Определяем: Umax = U + 0.1∙U = 55 B
Поскольку Uвх доп < ±5 В, для выбранного типа компаратора, выбираем уровень нормализации Uх<5В. Для удобства расчётов примем Uх = 2,5 B, тогда коэффициент деления:
.
При этом Uх max= Umax∙K=2.75В<Uвх доп = +5В
Требуемое входное сопротивление делителя:
Rвх > Umax∙Rвх / В = 500 кОм.
Ток нагрузки следующего каскада: Iн = 2∙Iвх = 150 мкА, поэтому Rн = кОм
Составляем уравнения для расчёта R1 и Rэ по схеме рис. 5б:
R1+ Rэ > Rвх
При Rвх = 500 кОм и К = 0,05 получим Rэ = 25 кОм, R1 = 475 кОм
Поскольку Rн < Rэ и т.к. Rэ = , то компаратор К554СА1 не может быть непосредственно подключен к делителю напряжения. Необходим элемент развязки, обладающий большим входным сопротивлением или другой компаратор. При использовании элемента развязки с Rвх » Rэ и коэффициентом передачи Кр = 1, (рис.6) Rэ R2. Из ряда сопротивлений выбраем R1=470кОм, R2=24кОм, тогда: R1 + R2 = 494 кОм.
Входное сопротивление на единицу вольта при Umax, расчитанное по формуле
Rвх/В= составит Rвх/В = 9,88 кОм/В, что меньше требуемого Rвх/В = 10 кОм/В.
Коэффициент деления полученного делителя
.
При этом относительная погрешность коэффициента деления из-за дискретности значений R1 и R2 составит:
(2,8%)
Попытаемся уменьшить погрешность δК и выполнить условие по входному сопротивлению.
Выберем R1 = 510 кОм, R2 = 27 кОм, тогда Rвх = 537 кОм, (больше требуемого Rвх = 500 кОм).Тогда К’ = 0,0503,(δК = 0,0055 или приблизительно 0,6%), что соответствует требованиям, предъявленным к делителю.
Оценим требуемую погрешность резисторов R1 и R2. Учитывая, что , получим R=0,03-0,006=0,024 или 2,4%.
Так как согласно формуле (3) К=(1-К)(R1+R2), то при одинаковых допусках на резисторы (R1=R2) имеем:
, что требуемых 2,4%
Выбираем меньшее значение из ряда погрешностей R1=R2=1%
Рисунок 9 - Схема резистивного делителя с повторителем напряжения.