Курсовая работа: Перетворювач опір - часовий інтервал

УДК. 621.38

Н.В.Рижук Перетворювач опір – часовий інтервал. Курсовий проект.

ВНТУ, 2007, Українська мова; сторінок 34; ілюстрацій 2; додатки 3.

В даному курсовому проекті розроблено перетворювач опір – часовий інтервал. Він здатен проводити перетворення опору у високих межах 1Ом до 1МОм, при чому вихідні імпульси мають не широкий діапазон, що безумовно підвищує точність вимірювання. На виході перетворювача отримуємо сигнал зі змінною тривалістю та незмінною амплітудою сигналу 20В на навантаженні 4Ом. Перетворення відбувається з частотою 20кГц, але будова схеми дозволяє у разі необхідності провівши невеликі додаткові розрахунки та заміну одного елементу змінити частоту перетворень.

Розроблений перетворювач є досить зручним та гнучким до змін та модернізації.

Даний перетворювач виконаний на основі операційних підсилювачів.

Цей прилад відповідає всім вимогам до сучасних нормативів і стандартів.

1. Розробка технічного завдання

Завданням курсового проекту є розробка функціональної та електричної принципової схем перетворювача опір – часовий інтервал, а також розрахунок всіх вузлів схеми. Задано діапазон опору від 1Ом до 1МОм , амплітуда вихідної напруги 20В, значення опору навантаження дорівнює 4Ом, а також відносна похибка перетворення 1%. Потрібно розрахувати значення кожного елемента схеми перетворювача опір – часовий інтервал та керуючись розрахунковими даними вибрати потрібні операційні підсилювачі, транзистори та діоди.

Розробку приладу необхідно провести у два етапи. Перший, розробка функціональної схеми та для кожного з розроблених блоків провести попередні розрахунки. У таких розрахунках варто провести вибір елементів, таких як операційні підсилювачі, транзистори. Їх вибір буде проведено на основі отриманих у завданні параметрів та розрахованих додатково.

Другий етап, проведення електричних розрахунків вузлів електричної принципової схеми, за наступною послідовністю: необхідно навести попередньо розраховані та отримані з завдання дані, навести схематичне зображення вузла схеми, провести розрахунок елементів та підбір стандартних типів та номіналів.

Розроблений пристрій призначений для перетворення опору в інтервал часу і може використовуватись при побудові омметрів та вимірювальних пристроїв з резистивними первинними перетворювачами.

У графічній частині навести схему електричну принципову згідно вимог стандартів.

Згідно ДСТУ 2681-94 „Метрологія. Терміни та визначення” та ДСТУ 2682-94 „ Метрологія. Метрологічне забезпечення ” даний перетворювач опір – часовий інтервал відноситься до вторинних вимірювальних перетворювачів.

2. Розробка структурної схеми перетворювача

2.1 Розгляд варіантів реалізації

Електронними підсилювачами називають пристрої, призначені для підвищення потужності вхідних електричних сигналів. При цьому процес посилення сигналів здійснюється за допомогою підсилювальних елементів - транзисторів, що володіють управляючими властивостями. Малопотужний вхідний сигнал управляє витратами енергії джерела живлення значно більшого рівня потужності. За призначенням розрізняють підсилювачі напруги, струму і потужності. Підсилювачі потужності забезпечують задане посилення у вихідному ланцюзі як по струму, так і по напрузі.

Одним з аналогів розроблюваного перетворювача є омметр.

Омметри бувають магнітоелектричні, логометричні, аналогові електронні, цифрові електронні, вимірювача малих опорів.

Дія магнітоелектричного омметру полягає у вимірюванні сили струму, який протікає через опір при постійній напрузі джерела живлення. Логометричні омметри мають в основі логометр, який вимірює різницю між певними опорами. Принцип дії аналогових електричних омметрів полягає у перетворенні вимірюваного опору у пропорційну йому напругу за допомогою оп6ераційного підсилювача. Вимірюваний об’єкт включається у ланцюг зворотного зв’язку чи на вхід підсилювача. В основі цифрових омметрів покладено вимірювальний міст з автоматичним зрівноваженням.

Оскільки у розроблюваного приладу досить великий діапазон опорів область його застосування значно розширюється і дає йому значні переваги над аналогами.

Як перетворювач опору у тривалість використаємо очікуючий мультивібратор. Мультивібратори. Коливання прямокутної форми на мультивібраторах виникають за рахунок позитивного зворотного зв’язку через активний електронній елемент: транзистор, операційний підсилювач, тлогічний елемент, тиристор. Саме тому основними параметрами прямокутних імпульсів є: частота (тривалість), амплітуда і їх стабільність залежать від характеристик активного елемента – напруга живлення, порогового рівня, швидкодії тощо.

Найчастіше в наш час використовують мультивібратори на логічних елементах інтегральних мікросхем, що пов’язано з їх використанням в цифровій апаратурі.

Стабільність тривалості чи періоду повторення імпульсів в мультивібратори на логічних елементах невелика (приблизно 3% при зміні температури на 10С), оскільки стабільність порогового рівня ТТЛ-мікросхем низька.

Оскільки перетворювачем є очікуючий мультивібратор, то необхідно створити сигнали, які будуть його запускати саме тому використаємо для запуску перетворювача автоколивальний генератор прямокутних імпульсів. Таким генератором буде автогенератор на основі ОП.

Сигнал, який буде отримано на виході первинного перетворювача на жаль не матиме достатню амплітуду по напрузі, саме тому варто використати підсилювач напруги, в якості якого оберемо підсилювач на базі транзистору.

Для підсилення потужності використаємо комплементарний емітерний повторювач.

2.2 Розробка спрощеної структурної схеми

Спрощена структурна схема перетворювача наведена на рисунку 1.

Рисунок 1 – Спрощена структурна схема перетворювача

АМВ – автоколивальний мультивібратор, призначений для створення імпульсів заданої частоти.

ОМВ – очікуючий мультивібратор, призначений для формування імпульсів певної тривалості з визначеною амплітудою. Тривалість вихідних імпульсів залежить від змінного опору.