Розробка структурної схеми

2. Розробка структурної схеми

2.1 Аналіз існуючи методів вимірювання напруги

Напруга – напругою U12 на ділянці 1–2 називається фізична величина, що визначається роботою, що виконується сумарним полем електростатичних і сторонніх сил при переміщенні одиничного позитивного заряду на даній ділянці кола. Поняття напруги є узагальненим поняттям різниці потенціалів: напруга на кінцях ділянки кола дорівнює різниці потенціалів в тому випадку, якщо на цій ділянці не прикладена електрорушійна сила.

Напруга (різниця потенціалів) – робота, яка затрачається на переміщення одиничного заряду з однієї точки в іншу.

Напруга вимірюється у вольтах.

Для вимірювання напруги використовуються прилади, які називаються вольтметрами, мілівольтметрами тощо.

Закон Ома для ділянки електричного ланцюга має вигляд:

 

U = RI, (2.1)

де U – напруга чи різниця потенціалів;

I – сила струму;

R – опір.

Закон Ома також застосовується і до всього ланцюга, але в дещо в зміненій формі:

, (2.2)

де – ЕРС ланцюга;

I – сила струму в ланцюзі;

R – опір всіх елементів ланцюга;

r – внутрішній опір джерела живлення.

Якщо ланцюг містить не лише активні, але і реактивні компоненти (ємності, індуктивності), а струм являється синусоїдальним з циклічною частотою ω, то закон узагальнюється: величини, що входять в нього стають комплексними

 (2.3)

де U = U₀e^iωt – напруга чи різниця потенціалів;

I – сила струму;

Z = Re^–iδ – комплексний опір;

R = (R_a²+R_r²)^1/2 – повний опір;

R_r = ωL – 1/ωC – реактивний опір (різниця індуктивного і ємнісного);

R_а – активний опір, що не залежить від частоти;

Δ = arctg R_r/R_a – зсув фаз між напругою і силою струму.

Імпульсні генератори – призначені для одержання сигналів, форма яких суттєво відрізняється від синусоїдальної. Такі сигнали характеризуються наявністю ділянок з відносно повільною зміною амплітуди і її стрибковою зміною. Імпульсні генератори мають внутрішній або зовнішній позитивний зворотній зв’язок.

Особливість роботи активних елементів: вони періодично, дуже швидко змінюють свій стан з одного крайнього положення в інше.

Основні режими імпульсних генераторів:

– автоколивальний – після збудження генерується послідовність імпульсів, характеристики яких визначаються лише параметрами елементів схеми;

– очікування – генератори імпульсів відбуваються лише за наявності зовнішнього сигналу запуску;

– синхронізації – частота вихідних імпульсів рівна чи кратна частоті зовнішнього синхронізуючого сигналу.

Формувачі імпульсів – пристрої, які виробляють імпульси необхідної тривалості з інших імпульсів чи з перепаду напруг (фронту).

Формувачі імпульсів бувають:

– на логічних елементах;

– з інтегруючим ланцюгом;

– з емітерним повторювачем;

– на мікросхемах.

2.2 Розробка структурної схеми перетворювача

На рисунку 2.1 наведена спрощена структурної схеми перетворювача.

ПП

Рисунок 2.1 – Спрощена структурна схема перетворювача

АМВ – автоколивальний мультивібратор, використовується для того, щоб сформувати імпульси вхідного сигналу з певною частотою. Межі частоти зазначені в умові f = 15 кГц;

ПП – первинний перетворювач на основі ОП, призначений для перетворення струму у напругу;

К – компаратор, що формує вихідні сигнали;

ПК – проміжний каскад;

ПП – підсилювач потужності, використовується для забезпечення потужності на навантаженні

2.3 Попередній розрахунок АМВ

Даний каскад використовується для генерування імпульсів зі сталою напругою і частотою. Особливих вимог до даного генератора не висувається.

Задана частота перетворення 15 кГц та напругу на виході 15 В.

Напруга на виході генератора не повинна бути висока для зменшення похибки. Нехай U_вих= 15 В, тоді =(1,2…1,4) U_вих = (7–9) В.

Задамося =В.

Гранична частота на виході ОП має бути досить висока.

Визначимо напругу живлення за заданою амплітудою вихідних імпульсів:

, (2.4)

,

, (2.5)

Виберемо ОП К554УД2А.

Основні параметри:

В вхідна напруга;

В максимальна вихідна напруга;

Ом вихідний опір;

МГц гранична частота.

2.4 Попередній розрахунок первинного перетворювача

Для первинного перетворювача обираємо той же операційний підсилювач, так як напруга живлення в нас не змінюється: =В.

Задамося R₅ = R₆ =1 кОм.

Напруга на виході перетворювача розраховується наступним чином:

 

 

10 мВ…1В,

100 мВ….10В.

Перший діапазон:

Uвх max = 1 В,

Uвих max = 10 В,

Кu = Uвих max/ Uвих max = 10, (2.6)

Кu = (1 + R4 / R3), (2.7)

Задамося R4 > 200 кОм,

R3 = 22,2 кОм.

Другий діапазон:

Кu = 10,

Кu = (1 + R4 / R5), (2.8)

R5 = 22,2 кОм.