Перетворювач iндуктивнiсть-напруга

Мiнiстерство освiтиВа i науки Украiни

Вiнницькiй нацiональний технiчний унiверситет

РЖнститут автоматики електронiки та комптАЩютерних систем управлiння

Факультет автоматики i комптАЩютерних систем управлiння

Кафедра метрологii i промисловоi автоматики

Пояснювальна записка

з дисциплiни ВлОснови електронiкиВ»

ПЕРЕТВОРЮВАЧ РЖНДУКТИВНРЖСТЬ-НАПРУГА

до курсового проекту за спецiальнiстю

6.097302 тАЬМетрологiя та вимiрювальна технiкатАЭ

08 тАУ 03.КП.017.00.000ПЗ

Керiвник курсового проекту

к.т.н., доцент. Дрючин О.О.

_________________________

тАЭ___тАЭ ____________200_ р.

Розробила студент гр.Ва 1АМ-05

_________Побережна РЖ.Л.

тАЭ___тАЭ ____________200_ р.

Вiнниця ВНТУ 2007

Змiст

Вступ

1 Розробка технiчного завдання

2 Розробка структурноi схеми

2.1 Аналiз iснуючих методiв вимiрювання iндуктивностi

2.2 Розробка структурноi схеми перетворювача

2.3 Попереднiй розрахунок АМВ

2.4 Попереднiй розрахунок первинного перетворювача

2.5 Попереднiй розрахунок пiдсилювача потужностi

2.6 Попереднiй розрахунок пiдсилювача напруги

2.7 Розробка детальноi структури схеми

3 Електричнi розрахунки

3.1 Електричний розрахунок пiдсилювача потужностi

3.2 Розрахунок пiдсилювача напруги

3.3 Розрахунок пiдсилювача на ОП

3.4 Електричний розрахунок первинного перетворювача

3.5 Електричний розрахунок перетворювача

3.6 Визначення похибки

4 Моделювання одного з вузлiв

Висновки

Список лiтератури

Додаток А (обовтАЩязковий) Перетворювач iндуктивнiсть тАУ напруга. Технiчне завдання

Додаток Б (обовтАЩязковий) Перетворювач iндуктивнiсть тАУ напруга. Схема електрична принципова

Додаток В(обовтАЩязковий) Перетворювач iндуктивнiсть тАУ напруга. Перелiк елементiв

Анотацiя

У даному курсовому проектi було розроблено та реалiзовано перетворювач iндуктивностi в напругу. Цей перетворювач здатен перетворювати iндуктивнiсть у межах 1мкГн..1мГн у напругу вiд 0 до 30В. Максимальна напруга вихiдного сигналу не перевищуi 30В на опорi 5Ом. Перетворювач забезпечуi високу точнiсть, тобто похибка складаi менше 1%.

Вступ

Останнi десятилiття обумовленi широким впровадженням у галузi народного господарства засобiв мiкроелектронiки й обчислюваноi технiки, обмiн iнформацiiю з якими забезпечуiться лiнiйними аналоговими i цифровими перетворювачами(АЦП i ЦАП).

Сучасний етап характеризуiться великими таВа дуже великими iнтегральними схемами ЦАП i АЦП, що володiють високими експлуатацiйними параметрами: швидкодiiю, малими похибками, багатозаряднiстю. Включення БРЖС iдиним, функцiонально закiнченим блоком сильно спростило впровадження iх у прилади та установки, що використовуються як у наукових дослiдженнях, так i в промисловостi i дало можливiсть швидкого обмiну iнформацiiю мiж аналоговими та цифровими пристроями.

Технiка конструювання i застосування датчикiв, або , як ii можна коротко назвати, сенсорника, за останнi роки розвилася в самостiйну галузь вимiрювальноi технiки. З ростом автоматизацii до датчикiв фiзичних параметрiв стали пред'являтися усе бiльш високi вимоги. При цьому особливе значення надаiться наступним показникам:

- мiнiатюрнiсть (можливiсть вбудовування);

- дешевина (серiйне виробництво);

- механiчна мiцнiсть.

По структурнiй побудовi автоматизованi пристроi нагадують такi бiологiчнi системи, як, наприклад, людина. Органам почуттiв людини вiдповiдають в автоматах (чи роботах) датчики, а функцii активних органiв виконуються виконавчими пристроями. Аналогом мозку як центрального пристрою для обробки сигналiв служить ЕОМ з ii системою пам'ятi.

Поняттям ВлдатчикВ» у загальному випадку позначають дешевий, але надiйний приймач i перетворювач вимiрюваноi величини, що володii помiрною точнiстю i придатний для серiйного виготовлення.

Пристроi, у яких електромагнiтне поле створюiться прикладеною напругою, складають групу iндуктивних перетворювачiв. Основним елементом у цих перетворювачах i змiнна iндуктивнiсть, що змiнюiться вхiдним вимiрювальним параметром.

При застосуваннi iндуктивного перетворювача iнформативним параметром i його iндуктивнiсть Lх.

Як вимiрювальнi ланцюги в iндуктивних перетворювачах застосовуються дiльники напруги, мостовi схеми, коливальнi контури й автогенератори. Оскiльки сигнали, що знiмаються з iндуктивних перетворювачiв, малi, то вимiрювальнi ланцюги мiстять пiдсилювачi.

1 Розробка технiчного завдання

Метою курсового проекту i розрахунок та визначення технiчних параметрiв схеми перетворювача iндуктивнiсть-напруга. Заданий дiапазон iндуктивностей складаi вiд 1мкГн до 1мГн, значення максимальноi вихiдноi напруги дорiвнюi 30В, значення опору навантаження складаi 5 Ом. Необхiдно розрахувати значення кожного з елементiв схеми перетворювача iндуктивнiсть-напруга та згiдно розрахункам вибрати необхiднi операцiйнi пiдсилювачi, транзистори та дiоди.

При проектуваннi iндуктивних перетворювачiв варто звертати увагу на екранування проводiв, вибiр iзоляцii, усунення поверхневого опору iзоляцii i вибiр частоти живлення. Чим вище ця частота, тим менше вихiдний опiр, тому нерiдко частоту живлення вибирають велику (до декiлькох МГц).

Конструктивнi схеми iндуктивних перетворювачiв виконуються в рiзних варiантах у залежностi вiд областi застосування.

Можливi областi застосування iндуктивних перетворювачiв надзвичайно рiзноманiтнi, можна видiлити лише окремi сфери:

- промислова технiка вимiру i регулювання;

- робототехнiка;

- автомобiлебудування;

- побутова технiка;

- медична технiка.

Застосування того чи iншого датчика в цих сферах визначаiться

насамперед вiдношенням ефективнiсть. При промисловому застосуваннi визначальним фактором i погрiшнiсть, що при регулюваннi процесiв повинна складати < 1%, а для задач контролю - 2..3%. Для спецiальних застосувань в областi робототехнiки i медичноi технiки цiни датчикiв можуть досягати навiть рiвня 10..100 тис. Завдяки впровадженню нових технологiй виготовлення (високо-вакуумне напилювання, розпилення, хiмiчне осадження з газовоi фази, фотолiтографiя i т.д.) i нових матерiалiв безупинно розширюються сфери застосування датчикiв, недоступнi ранiше через iхню високу цiну.

Прилад повинний вiдтворювати вимiрюванi величини з погрiшностями, що допускаються. При цьому слово ВлвiдтворенняВ», еквiвалентне в даному трактуваннi слову ВлвiдображенняВ», розумiiться в самому широкому змiстi: одержання на виходi приладу величин, пропорцiйних вхiдним величинам; формування заданих функцiй вiд вхiдних величин (квадратична i логарифмiчна шкали й iн.); одержання похiдних i iнтегралiв вiд вхiдних величин; формування на виходi слухових чи зорових образiв, що вiдображають властивостi вхiдноi iнформацii; формування керуючих сигналiв, використовуваних для керування контролю; запам'ятовування i реiстрацiя вихiдних сигналiв.

Вимiрювальний сигнал, одержуваний вiд контрольованого об'iкта, передаiться у вимiрювальний прилад у видi iмпульсу або у видi енергii. Можна говорити про сигнали: первинних - безпосередньо характеризують контрольований процес; сприйманих чуттiвим елементом приладу; поданих у вимiрюльну схему, i т.д. При передачi iнформацii вiд контрольованого об'iкта до покажчика приладу сигнали перетерплюють ряд змiн за рiвнем i спектром i перетворяться з одного виду енергii в iншiй.

Необхiднiсть такого перетворення викликаiться тим, що первиннi сигнали не завжди зручнi для передачi, переробки, подальшого перетворення

i вiдтворення. Наприклад, при вимiрi температури приладом, чуттiвий елемент якого мiститься в контрольоване середовище, сприйманий потiк тепла важко передати, а тим бiльше вiдтворити на покажчику приладу. Цiiю особливiстю володiють майже всi сигнали первинноi iнформацii. Тому сприйманi чуттiвими елементами сигнали майже завжди перетворяться в електричнi сигнали, що i унiверсальними.

Та частина приладу, у якiй первинний сигнал перетвориться, наприклад, в електричний, називаiться первинним перетворювачем. Часто цей перетворювач сполучаiться з чуттiвим елементом. Сигнали з виходу первинного перетворювача надходять на наступнi перетворювачi вимiрювального приладу.

У схемах з датчиками, включеними в системи, що стежать, з датчика знiмаiться лише сигнал неузгодженостi, що стаi рiвним нулю в сталому станi системи, що стежить.

Основним недолiком цих схем i залежнiсть значення вихiдноi величини вiд параметрiв джерела живлення датчика, пiдсилювача й iнших елементiв схеми, а також вiд зовнiшнiх умов. Справдi, варто змiнитися напрузi чи частотi генератора, що живить датчик, як напруга, частота i фаза, що i вихiдними величинами i, що знiмаються з опору R, також змiняться.

Вiд цих недолiкiв вiльнi схеми зВа iндуктивними датчиками, включеними в замкнуту систему автоматичного регулювання. У цих схемах вихiдною величиною i кут повороту осi двигуна, що вiдпрацьовуi, чи iншоi осi, зв'язаноi з нею через редуктор. Однiii з основних характеристик такоi системи i чутливiсть, що показуi, при якiм мiнiмальному вiдхиленнi чуттiвого елемента система вiдпрацьовування приходить у дiю. Зовнiшнi фактори - напруга живлення, температура навколишнього середовища i т.п. - впливають лише на чутливiсть системи; на точнiсть системи вони можуть впливати лише в тiй мiрi, у якiй вона зв'язана з чутливiстю.

У найпростiшому випадку iндуктивний датчик являi собою двi послiдовно включенi iндуктивностi, побудованi конструктивно таким чином, що при збiльшеннi однiii з них iнша зменшуiться. Цi двi iндуктивностi можуть бути включенi в мостову схему, де два iнших плечi - реостатнi. Якщо при цьому напруга, що знiмаiться з дiагоналi моста, використовувати як сигнал для системи, що стежить, що перемiщаi щiтку потенцiометра R убiк зменшення неузгодженостi, то завжди в сталому станi системи, що стежить, це напруга u=0.

Згiдно ДСТУ 2681-94 тАЮМетрологiя. Термiни та визначеннятАЭ та ДСТУ 2682-94ВаВа тАЮ Метрологiя.Ва МетрологiчнеВа забезпечення тАЭ даний розроблений перетворювач iндуктивнiсть - напруга вiдноситься доВа первинних вимiрювальних перетворювачiв

2 Розробка структурноi схеми

2.1 Аналiз iснуючи методiв вимiрювання iндуктивностi

РЖндуктивнiсть тАФ фiзична величина, яка характеризуi магнiтнi властивостi електричного ланцюга.

Якщо в провiдному контурi тече струм, струм створюi магнiтне поле. Величина магнiтного потока, пронизуючий контур, зв'язана з величиною струму РЖ в такий спосiб:

Φ = LIВаВаВаВаВаВаВаВаВа (1)

Коефiцiiнт пропорцiйностi L саме i називаiться iндуктивнiстю (або, строго говорячи, коефiцiiнтом самоiндукцii контуру). РЖндуктивнiсть залежить вiд розмiрiв i форми контуру, а також вiд магнiтноi проникливостi навколишнього середовища.

У системi одиниць СИ iндуктивнiсть вимiряiться в Генрi, у системi СГС у сантиметрах (1 Гн = 10⁹ див)

Через iндуктивнiсть виражаiться ЕРС самоiндукцii у контурi, що виникаi при змiнi в ньому струму:

.ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (2)

При заданiй силi струму iндуктивнiсть визначаi енергiю магнiтного поля струму:

ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (3)

Практично дiлянки ланцюга зi значною iндуктивнiстю виконують у видi котушок iндуктивностi.

РЖндуктивнiсть L - величина, рiвна вiдношенню потокощеплення, зв'язаного з контуром, до сили струму, що протiкаi по ньому:

РЖндуктивнiсть складаiться з внутрiшньоi iндуктивностi (жили кабелю i проводу) L _в i зовнiшньоi, мiжвiтковоi, iндуктивностi L _i

Одиниця iндуктивностi генрi (гн) - iндуктивнiсть контуру, з яким зчеплений магнiтний потiк 1 вб, коли по контурi тече струм 1 а, або iндуктивнiсть контуру, у якому виникаi е.д. с. самоiндукцii 1 у при змiнi струму в ньому на 1 а в 1 сек.

У якостi перетворювача iндуктивностi у напругу використаiмо мостову схему.

Серед мостових схем найчастiше використовуiться мiст Уiтстона, схема якого подана на рисунку 1. Мiст мiстить чотири опори Z1, Z2, Z3 i Z4. Точки Ваa, b, c, d називаються вершинами моста. Електричне коло мiж двома сумiжними вершинами називаiться плачем моста, а мiж двома протилежними тАУ його дiагоналлю.

Рисунок 1 - Принципова схема чотириплечого моста Уiтстона

РЖндуктивнiсть можна вимiрювати за допомогою мостiв рiзного типу. На рисунку 2,Ва подано одну з таких схем. Вважаiмо, що iндуктивнiсть маi деякий активний опiр (опiр втрат). Мiст зрiвноважуiться за допомогою змiнноi зразковоi iндуктивностi L3 i зразкового резистора R3 . Умова рiвноваги цього моста

,ВаВаВаВаВаВаВаВаВа ВаВа(6)

Звiдки

ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (7)

Може бути запропонована й iнша схема моста, в якiй змiнне плече маi зразкову iмнiсть, ввiмкнену паралельно iз зразковим резистором.

Рисунок 2 - Схема моста для вимiрювання iндуктивностi

Оскiльки на мiст необхiдно подати напругу, то для ii генерацii використаiмо iмпульсний генератор.

РЖмпульснi генератори тАУ призначенi для одержання сигналiв, форма яких суттiво вiдрiзняiться вiд синусоiдальноi. Такi сигнали характеризуються наявнiстю дiлянок з вiдносно повiльною змiною амплiтуди i ii стрибковою змiною. РЖмпульснi генератори мають внутрiшнiй або зовнiшнiй позитивний зворотнiй звтАЩязок.

Особливiсть роботи активних елементiв: вони перiодично, дуже швидко змiнюють свiй стан з одного крайнього положення в iнше.

Основнi режими iмпульсних генераторiв:

- автоколивальний тАУ пiсля збудження генеруiться послiдовнiсть iмпульсiв, характеристики яких визначаються лише параметрами елементiв схеми;

- очiкування тАУ генератори iмпульсiв вiдбуваються лише за наявностi зовнiшнього сигналу запуску;

- синхронiзацii тАУ частота вихiдних iмпульсiв рiвна чи кратна частотi зовнiшнього синхронiзуючого сигналу.

Формувачi iмпульсiв тАУ пристроi, якi виробляють iмпульси необхiдноi тривалостi з iнших iмпульсiв чи з перепаду напруг (фронта).

Формувачi iмпульсiв бувають:

- на логiчних елементах;

- з iнтегруючим ланцюгом;

- з емiтер ним повторювачем;

- на мiкросхемах.

Емiтерний повторювач (рисунок 3) маi найбiльший вхiдний опiр i найменшого вихiдне i використовуiться для посилення сигналу по струму, коефiцiiнт пiдсилення по напрузi близький до одиницi. Однак це справедливо при досить низькому опорi джерела сигналу i на низькiй частотi.

При нескiнченно великому опорi джерела сигналу перестаi дiяти 100% послiдовна ООС по напрузi i вихiдний опiр прагнути до Rвих каскаду з загальним емiтером, рiзко зростаi коефiцiiнт гармонiк, що мiнiмальний при Rr=0.

Rвх=Rб+(1+h21е)RнВаВа ВаВаВаВа(8)

Rвих=Rе+(Rr+Rб)/(1+h21э)ВаВаВаВаВаВаВа (9)

де Rб - опiр бази (1..20 Ом i бiльш);

h21э - коефiцiiнт передачi струму;

Rэ=Fт/Iк(ма);

Fт=25мв - температурний потенцiал;

Rr - вихiдний опiр джерела сигналу.

На рисунку 3 зображено емiтерний повторювач

Рисунок 3 - Емiтерний повторювач

Вхiдний опiр рiзко зменшуiться у випадку коротких iмпульсiв i на високих частотах. На високих частотах вхiдна iмнiсть повторювача залежить, головним чином, вiд Сн i грубо може бути оцiнена як Сн/h21е. Вихiдний опiр повторювача на високих частотах може мати iндуктивний характер, тому при визначеннi Сн емiтерний повторювачi можуть давати коливальнi перехiднi процеси i навiть переходити в режим автогенерацii.

Однак найбiльш небезпечним наслiдком iмнiсного навантаження i схильнiсть однотактних повторювачiв до нелiнiйних перекручувань сигналу високоi частоти.

На рисунку 4 - емiтерний повторювач з пiдвищеною швидкодiiю.

Реалiзований за рахунок швидкодiючого лiнiйного позитивного зворотного зв'язку за допомогою транзисторiв VT1-VT3.

Рисунок 4 - Емiтерний повторювач з пiдвищеною швидкодiiю

Завдяки вiдбивачевi струму на транзисторах VT1, VT3, струми колекторiв, а вiдповiдно i струми баз транзисторiв VT2 i VT4 рiвнi. А тому що струми баз протилежнi, те i вiдбуваiться iхня компенсацiя, що еквiвалентно Rвх, рiвному безкiнцiвки.

На рисунку 5 зображений повторювач iз вхiдним опором, що прагне до нескiнченностi.

Рисунок 5 - Повторювач iз вхiдним опором, що прагне до нескiнченностi

На рисунку 6 зображений повторювач зi збiльшеним вхiдним опором, на якому ВаRвх практично не залежить вiд h21е.

Рисунок 6 - Повторювач зi збiльшеним вхiдним опором

2.2 Розробка структурноi схеми перетворювача

Рисунок 7 тАУ Спрощена структурна схема

На рисунку 7-Ва спрощена структурна схема,на якiй :

МВ тАУ мультивiбратор, використовуiться для того, щоб сформувати iмпульси вхiдного сигналу з певною частотою. Межi частоти не зазначенi в умовi, тому задамося частотою f=100кГц.

ПП тАУ первинний перетворювач, призначений для перетворення iндуктивностi у напругу за допомогою мостовоi схеми та схеми вiднiмання на основi ОП.

ПН тАУ пiдсилювач напруги, призначений для пiдсилення величини вихiдного сигналу по напрузi до заданого в умовi. Можна використати пiдсилювач на БТ.

ПП тАУ пiдсилювач потужностi, використовуiться для забезпечення потужностi на навантаженнi. Використаiмо комплементарний емiтер ний повторював.

2.3 Попереднiй розрахунок АМВ

Даний каскад використовуiться для генерування iмпульсiв зi сталою напругою i частотою. Особливих вимог до даного генератора не висуваiться.

Для зручностi оберемо частоту 100кГц та напругу на виходi 5В.

Напруга на виходi генератора не повинна бути висока для зменшення похибки. Нехай U_вих=5В, тодi =(1,2..1,4) U_вих =(6.7)В

Задамося =В.

Гранична частота на виходi ОП маi бути досить висока.

Визначимо напругу живлення за заданою амплiтудою вихiдних iмпульсiв:

Виберемо ОП К547УД1

Основнi параметри:

нАВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа вхiдний струм

ВВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа максимальна вихiдна напруга

ОмВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа вихiдний опiр

МГцВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа гранична частота

Дiапазон робочих температур=(45-70)С

2.4 Попереднiй розрахунок первинного перетворювача

Визначимо дiапазон змiни iндуктивностi :

D=;ВаВаВаВаВа ВаВаВаВа(10)

D==1000

Таким чином виникаi потреба розбити на пiд дiапазони дiапазон змiни iндуктивностi.

D1=;ВаВаВаВаВаВа ВаВаВаВаВа(11)

D1==32

D2=;ВаВаВаВаВаВаВаВаВа ВаВаВа(12)

D2==32

Виконавши зрiвноваження моста для Lmax визначимо номiнали елементiв.

Проведемо розрахунок опору iндуктвностi:

ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (13)

ВаВаВаВа ВаВаВаВаВаВаВа(14)

Таким чином для того щоб на виходi перетворювача напруга була завжди додатня необхiдно i достатньо щоб L2=L1max.

Задамося R₅ = R₆ =1кОм

Напруга на виходi перетворювача розаховуiться наступним чином:

ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа ВаВаВа(15)

Оскiльки мiст для максимального значення iмностi зрiвноважений, то В.

Суматор виконано на основi ОП, саме тому необхiдно провести вибiр ОП. Таким чином для операцiйного пiдсилювача:

Виберемо ОП К547УД1

Основнi параметри:

нАВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа вхiдний струм

ВВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа максимальна вихiдна напруга

ОмВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа вихiдний опiр

МГцВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа гранична частота

Дiапазон робочих температур=(45-70)С

2.5 Попереднiй розрахунок пiдсилювача потужностi

В якостi пiдсилювача потужностi використаiмо пiдсилювальний каскад такий, як комплементарний емiтерний повторювач.

Розрахуiмо потужнiсть на виходi даного каскаду.

Початковi данi:

30В, Rн=5 Ом

РЖ_max=ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (16)

РЖ_max =Ва

Розрахуiмо максимальну вихiдну потужнiсть:

Р_max=U_max I_{max;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа} Ва(17)

Р_max =30 6=180 (Вт)

Оскiльки використовуiмо комплементарне включення то потужнiсть на виходi одного транзистора зменшуiться у двiчi. Таким чином для транзистора:

Р_max=U_max I_max/ 2ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (18)

Р_max =90 (Вт)

За даними параметрами з довiдника оберемо транзистор 2Т818Б типу NPN.

Основнi параметри транзистора:

2.6 Попереднiй розрахунок пiдсилювача напруги

У якостi пiдсилювача напруги використаiмо пiдсилювальний каскад за схемою зi спiльним емiтером на основi бiполярного транзистора.

Розрахуiмо коефiцiiнт пiдсилення за напругою:

ВаВаВа ВаВаВаВаВаВаВаВа(19)

Це i досить велике пiдсилення i тому проведемо попереднi пiдсилення у 100 разiв за допомогою пiдсилювача на ОП.

Проведемо вибiр ОП.

Оскiльки пiдсилення виконуiмо до величини 7,8В, то

Виберемо ОП К574УД2Б

Основнi параметри:

нАВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа вхiдний струм

ВВаВаВаВаВаВаВаВаВа максимальна вихiдна напруга

ОмВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа вихiдний опiр

МГцВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа гранична частота

Дiапазон робочих температур=(45-70)С

Оскiльки частота вихiдного сигналу 100 кГц, то гранична частота транзистора .

Оскiльки пiдсилення, що виконуi ПП по потужностi К_Upmin=25дб=300, то максимальна потужнiсть що розсiюiться на колекторi транзистора не повинна бути меншою за Р_к

Оскiльки

К_пр=25дб=300,

то Р_вх= ; ВаВаВаВаВаВа(20)

Р_вх=

Р_к=Р_ПП(21)

Р_к =300мВт.

РЖ_кмах =

КТ3107А тАУ =45В

=100мА

=300мВт

=12Пф

2.7 Розробка детальноi структури схеми

Рисунок 8 тАУ Детальна структурна схема

На рисунку 8 тАУ детальна структурна схема, в якiй:

АМВ тАУ автоколивальний мультивiбратор, використовуiться для того, щоб сформувати iмпульси з напругою 5В та частотою 100кГц. Оснований на К547УД1- живленнi моста.

ПП тАУ первинний перетворювач, призначений для перетворення iндуктивностi у напругу. Схема вiднiмання основана на ОП К547УД1. Межi вихiдноi напруги 0..78мВ.

ПН тАУ пiдсилювач напруги, призначений для пiдсилення величини вихiдного сигналу по напрузi до 30В. Таким чином на виходi даного каскаду отримуiмо напругу 0..30В. Оскiльки у процесi розрахункiв було розраховано, що коефiцiiнт пiдсилення даного каскаду i досить високим, то було прийняте рiшення додати каскад пiдсилення напруг на ОП, який би здiйснював попереднi пiдсилення вихiдного сигналу у 10 разiв i розмiстити його перед каскадом на БТ. У якостi ОП використано ОП К574УД2Б Пiдсилювач на БТ оснований на БТ КТ3107А.

ПП тАУ пiдсилювач потужностi, використовуiться для забезпечення потужностi на навантаженнi. Оснований на БТ 2Т818Б, 2Т817Б.

Закiнчивши попередню розробку структурноi схеми, маiмо схему, розбиту на декiлька каскадiв, внаслiдок чого, для кожного з каскадiв зроблений попереднiй розрахунок. Тобто визначенi динамiчнi дiапазони, коефiцiiнти пiдсилення, максимальнi значення струмiв, напруг, потужностей, вибранi згiдно розрахункам операцiйнi пiдсилювачi, транзистори.

Принцип роботи перетворювача заключаiться у наступному. АМВ проводить генерацiю iмпульсiв з напругою 5В та частотою 100кГц. Згенерованi iмпульси потрапляють на мiст, який зрiвноважений для максимального значення iндуктивностi i у такому станi на виходi пiдсилювача отримуiмо напругу таку маленьку, що умовно визначаiмо ii як нульову. Коли змiнна iндуктивнiсть змiнюi своi значення мiс виходить з рiвноваги у на виходi перетворювача отримуiмо напругу, що i рiзницею напруг на рiзних вузлах моста. Дана напруга i досить низькою i виникаi необхiднiсть ii пiдсилення по напрузi та стабiлiзацii та пiдсилення по потужностi, саме тому у схемi i використовуiмо пiдсилювачi напруги та потужностi.

3 Електричнi розрахунки

3.1 Електричний розрахунок пiдсилювача потужностi

Електричний розрахунок виконуiмо за допомогою електричноi принциповоi схеми , яка зображена на рисунку 9.

Рисунок 9 тАУ Схема ПП електрична принципова

Вхiднi данi:

Транзистори 2Т818Б, 2Т817Б.

=100Вт

=15А

=60В

U_мах =30 В

Р_вх=300мВт

Р_вих=180Вт

Оберемо напругу живлення

Задаiмося

З вихiдних характеристик транзисторiв:

Вапри

З вхiдних характеристик:

Вапри Вата

Задамося

ВаВа томуВаВа

Проведемо розрахунок опорiв вхiдного подiльника R₁₈ R₁₆

ВаВа (22)

Ва Ва(23)

Оберемо стандартнi опори:

R₁₈ВаВаВаВаВаВаВа С2-23-36Ом, Р=0,125Вт, 1%

R₁₆ВаВаВаВаВаВа С2-23-36Ом, Р=0,125Вт, 1%

Ва Ва(24)

R₁₇ВаВаВаВаВа С2-23-7,2Ом, Р=0,125Вт, 1%

R₁₇ маi невелике значення i переважно при змiнному струмi вважають бази обох транзисторiв зтАЩiднаними.

Розрахуiмо вхiдний опiр цього каскаду:

ВаВаВаВаВаВаВа ВаВа(25)

Ом тАУ додатковий опiр.

R₁₉ВаВаВаВаВаВаВа С2-23-100Ом, Р=0,125Вт, 1%

3.2 Розрахунок пiдсилювача напруги

На рисунку 10Ва зображена схема ПН електрична принципова.

Рисунок 10 тАУ Схема ПН електрична принципова

Вхiднi данi:

Транзистор КТ3107А

=300мВт

=100мА

=45В

Оберемо напругу живлення

Задаiмося .

Обираiмо з вихiдноi характеристики транзистора:

Вапри

З вхiдних характеристик:

Вапри

Задамося

Розрахуiмо R₁₄ :

ВаВаВаВа ВаВа(26)

R₁₄ВаВаВаВаВаВаВа С2-23-3,6кОм, Р=0,125Вт, 1%

Розрахуiмо R₁₅ :

Ва ВаВаВаВаВаВаВа(27)

R₁₅ВаВаВаВаВаВа С2-23-220Ом, Р=0,125Вт, 1%

ВаВа томуВаВа

Проведемо розрахунок опорiв вхiдного подiльника R₁₂ R₁₃

ВаВаВаВаВаВа ВаВаВа(28)

Ва ВаВаВаВаВаВаВаВа(29)

R₁₂ВаВаВаВаВаВаВа С2-23-3,6кОм, Р=0,125Вт, 1%

R₁₃ВаВаВаВаВаВаВа С2-23-36кОм, Р=0,125Вт, 1%

Розрахуiмо вхiдний опiр цього каскаду:

ВаВаВаВа ВаВаВа(30)

Проведемо розрахунок конденсаторiв.

Ва- роздiловi конденсатори.

Ва- блокувальний конденсатор.

Ва;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (31)

;ВаВаВаВаВаВаВаВаВа (32)

ВаВа ВаВаВаВаВаВаВа(33)

ВаВаВаВа К21-7-2мкФ ,10%

Аналогiчно розрахуiмо

ВаВаВаВа ВаВаВаВа(34)

ВаВаВаВаВа КМ6М47-220нФ ,20%

3.3 Розрахунок пiдсилювача на ОП

На рисунку 11 зображена схема ПН на ОП електрична принципова.

РисунокВа 11 тАУ Схема ПН на ОП електрична принципова

З попереднiх розрахункiв вiдомо, що

Для використовуваного пiдсилювача:

ВаВаВаВа ВаВаВаВа(35)

Задамося R₁₁ ВаВа100кОм

R₁₀=кОм

R₁₀ВаВаВа С2-23-100кОм, Р=0,125Вт, 1%

R₁₁ВаВаВа СП-3-13-2кОм, Р=0,125Вт, 1%

3.4 Електричний розрахунок первинного перетворювача

Проведемо розрахунок первинного перетворювача за допомогою схеми Ваелектричноi принциповоi первинного перетворювача (рисунок 12) .

Рисунок 12 тАУ Схема первинного перетворювача електрична принципова

Проведемо розрахунок опорiв суматора, тобто ОП з диференцiйним входом. Такий суматор повинен виконуi вiднiмання напруг на виходi мостовоi схеми. Саме тому для нього вiрнi наступнi вимоги:

R₇ = R₈Ва таВа R₆ = R_9.

Таким чином задамося опорами так:

R₇ = R₈ =1кОм

R₆ = R₉ = 1кОм.

R₆ВаВаВаВаВаВаВа С2-23-1кОм, Р=0,125Вт, 1%

R₇ВаВаВаВаВаВаВа С2-23-1кОм, Р=0,125Вт, 1%

R₈ВаВаВаВаВаВаВа С2-23-1кОм, Р=0,125Вт, 1%

R₉ВаВаВаВаВаВаВа С2-23-1кОм, Р=0,125Вт, 1%

З попереднiх розрахункiв вiдомо:

L₁ =1мкГн..1мГн.

L₂ =1мГн.

Оскiльки для зрiвноваженого моста R₄= R₅Ва.

Таким чином задавшись R₄ = R₅ =1кОм проведено вибiр усiх елементiв

схеми.

R₄ВаВаВаВаВаВаВа С2-23-1кОм, Р=0,125Вт, 1%

R₅ВаВаВаВаВаВаВа С2-23-1кОм, Р=0,125Вт, 1%

L₂ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа LP183-1мГн

L₁ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа LPТ220-1мкГн-1мГн

3.5 Електричний розрахунок перетворювача

На рисунку 13 зображена схема АМВ електрична принципова.

Рисунок 13 тАУ Схема АМВ електрична принципова

Розрахуiмо опiр.

Вхiднi даннi:

Частота модуляцiiВаВаВаВа f_max= 100кГц

U_max=5В

Визначимо напругу живлення за заданою амплiтудою вихiдних iмпульсiв:

=(1,2тАж1,4)=6тАж7В.

Оберемо =12В.

Оскiльки частота f= 100кГц, задавшись iмнiстю конденсатора С₁=1000пФ розрахуiмо значення резистора R₁:

ВаВаВаВаВаВа (36)

R₁ ВаВаВаВаВаВаВаС2-23-8,2 кОм, Р=0,125Вт,

А також конденсатор:

С₁ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа КМ6М47-1000пФ ,20%

Проведемо розрахунок опорiв R₂ R₃ :

Оскiльки на виходi операцiйного пiдсилювача необхiдно забезпечити рiвень напруги 5 В, то коефiцiiнт пiдсилення , а отже R₂=R₃, то задамося:

R₃ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа С2-23-1кОм, Р=0,125Вт, 1%

R₂ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа С2-23-1кОм, Р=0,125Вт, 1%

3.6 Визначення похибки

Основна неточнiсть може виникнути в звтАЩязку з неiдеальнiстю ОП.

Оскiльки , , .

Ом, Ом.

R₁₁=100кОмВаВаВа R₁₀=1,01кОм

Реальний коефiцiiнт пiдсилення реального ОП можна визначити за формулою:

ВаВа ВаВаВаВаВа(37)

Визначимо похибку:

.ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа Ва(38)

Значення реальноi похибки 0,3%, що не перевищуi значену допустиму похибку 1%. Отже, можна зробити висновок, що розрахунок зроблений з задовiльною точнiстю.

4 Моделювання одного з вузлiв

Проведемо моделювання одного з вузлiв перетворювача з метою впевнитись у його працездатностi. Проведемо моделювання пiдсилювача напруги (рисунок 14). Пiдставимо всi обранi вище номiнали. На вхiд пiдсилювача подаiмо iмпульси прямокутноi форми (рисунок 15) . Напруга вхiдного сигналу складаi 1мВ.

Рисунок 14 тАУ Пiдсилювач напруги

Рисунок 15 тАУ Амплiтуда вихiдноi напруги при К=100

Висновки

В курсовому проектi докладно були описанi головна мета, основне призначенняВа та областi застосування перетворювача iндуктивнiсть-напруга. Також була розглянутаВа поетапна розробка та розрахунок кожного з елементiв схеми, приведенi структурнi схеми окремих каскадiв, моделювання одного з вузлiв та визначено значення похибки.

Нещодавно конструктори вiдносилися з упередженням до iндуктивних датчикiв, вважаючи, що схеми з iндуктивними датчиками не забезпечують нi

Вместе с этим смотрят:

GPS-навигация

GPS-прийомник авиационный

IP-телефония и видеосвязь

IP-телефония. Особенности цифровой офисной связи

Unix-подобные системы