WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаТехнічні науки → Перетворювач ємність - тривалість імпульсу - Курсова робота

Перетворювач ємність - тривалість імпульсу - Курсова робота

Нещодавно конструктори відносилися з упередженням до ємнісних перетворювачів, думаючи, що схеми з ємнісними перетворювачами не забезпечують ні достатньої точності, ні стабільності роботи приладів.

Вважалося обов'язковим для одержання стійкого сигналу на виході ємнісного перетворювача подавати на нього напругою високої частоти, що досягає сотень кілогерц, а іноді навіть десятків мегагерц. Наявність такої високої частоти у свою чергу приводило до втрат у паразитних ємностях, сполучних проводах і т.п. Для того щоб підвищити амплітуду сигналу, що знімається з ємнісного перетворювача, і поліпшити стабільність показань, деякі автори розробок застосовували в першому каскаді підсилювача електрометричні лампи, що допускають включення сотень мегом у ланцюг керуючої сітки і т.д., однак усі ці міри мало поліпшували стабільність систем з ємнісними перетворювачами й у той же час значно ускладнювали конструкцію приладів.

Проведені в даний час роботи показали, що причина нестабільності роботи систем з ємнісними перетворювачами лежить у неправильному підході конструкторів до проектування перетворювачів, зокрема, у неправильному розташуванні ізолюючих елементів конструкції, нестабільність властивостей яких і приводить до помилок у роботі систем. Ці труднощі виявилися переборними, і вже створені прилади з ємнісними перетворювачами, що забезпечують високі точності і стабільність роботи, що витримують важкі режими експлуатації.

Вимірювання ємності. При вимірюванні ємності необхідно враховувати, що ці параметри можуть залежати від частоти, температури, вологості, зовнішніх електричних і магнітних полів і т. д.

Непрямий метод визначення ємності полягає в вимірюванні параметрів кола з конденсатором і розрахунку значення невідомої ємності. На рисунку 1 показана схема для непрямого визначення емності.

Без врахування активних втрат в конденсаторі ємність розраховується за показниками амперметра й вольтметра: Сх= 1/ωU.

З урахуванням втрат в конденсаторі ємність можна визначити поформулі

Сх= ,

де I — струм, що протікає через конденсатор; U — напруга, прикладена до конденсатора; Р — потужність втрат.

Втрати в конденсаторі визначають або через потужність втрат , або з урахуванням тангенса кута втрат

Р = , звідси ,

Точність вимірювання ємності непрямим методом невелика. Значно менше похибок дають прилади зрівняння і безпосередньої оцінки. До приладів зрівняння відносяться мости змінного струму. В одно з плечей моста, зібраного по схемі, яка показана на рисунку 2, включений вимірювальний конденсатор Сх з опором втрат Rx, в інше — зразковий Соб із опором Rоб, Інші плечі моста утворені резисторами R1, R2.

Умова рівноваги мосту:

(RX +1/jωСх) R2=:(Rоб +1/jωСоб) R1.

Звідси при RхR2= RобR1отримаємо Cx=Co6R2/R1.Опір активних втрат визначиться як Rx=Ro6R1/R2.

Втрати в конденсаторі визначаються по формулі tgσx=ωRo6Соб. Міст попередньо врівноважується резисторами Ro6 і R2,постаченими шкалами із шкалою в одиницях tgσx і ємності. Для балансування мосту варто змінювати як Ro6 так і Соб. Балансування мосту виконується методом послідовних наближень: по черзі регулюють кожний з елементів до одержання мінімального показання індикаторного приладу.

На рисунку 1 показана схема для непрямого визначення ємності.

Рисунок 1- Схема для непрямого вимірювання ємності

На рисунку 2 показана мостова схема для вимірювання ємності.

Рисунок 2- Мостова схема для вимірювання ємності

Мінімально необхідне число операцій при балансуванні мосту визначає його збіжність.

Мостовий метод вимірювання ємності застосовують для вимірювання ємностей від декількох сотень пікофарад до декількох десятків мікрофарад.

При цьому визначають опір Zx =Z1Z3/Z2 і обраховують ємність Сх=160000/(fZx), де Zx-модуль комплексного опору, кОм; f-частота живлення моста, кГц; Сх-вимірювана ємність, пФ.

Міст живлять змінною напругою частотою 500..1000 Гц.

Ємності до 5000 пФ зазвичай вимірюють резонансним і генераторним методом, також широко використовується метод заміщення.

Мультивібратори. Коливання прямокутної форми на мультивібраторах виникають за рахунок позитивного зворотного зв'язку через активний електронній елемент: транзистор, операційний підсилювач, логічний 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.

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.

Управління тривалістю імпульсів (частотою автоколивань) може виконуватись трьома способами: ручним регулюванням, тобто зміною опору, рідше зміною ємності; за допомогою напруги зміщення, яке вводиться у вхідні ланцюги логічних елементів; цифровим кодом.

Мультивібратори на операційних підсилювачах бувають:

  • очікуючі;

  • автоколивальні;

Мультивібратори на мікросхемах бувають:

  • з транзистором в якості порогового елементу;

  • на інтегральному таймері;

  • з керуванням цифровим кодом;

  • кварцеві генератори;

Мультивібратори на електронних елементах:

  • автоколивальний на транзисторах;

  • очікуючій на операційному підсилювачі;

  • очікуючій на польовому транзисторі;

  • очікуючій на тиристорі.

Мультивібратори на транзисторах на відміну від мультивібраторів на логічних елементах може робити при значних змінах напруги живлення при порівняно малій зміні частоти. Очікуючий мультивібратор на польовому транзисторі дозволяє отримати імпульси великої тривалості оскільки в таких схемах можна змінювати опір в великому діапазоні. А от мультивібратори на тиристорах дозволяють отримувати імпульси великої потужності.

Отже для формування імпульсів з заданою умовою частоти використаємо автоколивальний мультивібратор, а для перетворення ємності у тривалість імпульсу використаємо очікуючий мультивібратор. Отриманий сигнал підсилимо за допомогою двох послідовно з'єднаних підсилювачів напруги та потужності.

2.2 Розробка загальної структури перетворювача

На рисунку 3 зображена спрощена структурна схема перетворювача.

Рисунок 3 – Спрощена структурна схема перетворювача

АМВ – автоколивальний мультивібратор, призначений для створення імпульсів заданої частоти, які є запускаючими для ОМВ і частота цих імпульсів 30 кГц.

ОМВ – очікуючий мультивібратор, призначений для формування імпульсів певної тривалості з визначеною амплітудою. Тривалість вихідних імпульсів залежить від ємності конденсатора, діапазон якої коливається в межах 1нФ..1мкФ.

ПН – підсилювач напруги, здійснює подальше підсилення вихідної напруги попереднього каскаду до величини 30 В.

ПП – підсилювач потужності, використовується для забезпечення потужності на навантаженні, опір якого дорівнює 10 Ом.

2.3 Попередній розрахунок ОМВ

Визначимо динамічний діапазон перетворювача

D=, (1)

D ==.

де Сmax – максимальне задане умовою значення ємності;

Сmin - мінімальне задане умовою значення ємності.

Оскільки динамічний діапазон не перевищує 100, то необхідності розбивати його на під діапазони немає.

За умовою(кГц)

Задаємо:

(10...20), (2)

0,6 (МГц).

>, <

Задавшись =В, приймаємо

=(0,8...0,9), (3)

=12 (В).

Для операційного підсилювача

(10...20), (4)

0,6 (МГц).

Спираючись на проведені розрахунки обираємо ОП типу 140УД24.

Основні параметри ОП:

мВ

мкВ/с

нА

нА

В

В

мА

В

дБ

В

В

Ом

кОм

пФ

МГц

2.4 Попередній розрахунок ПП

В якості підсилювача потужності використано комплементарний емітерний повторювач. Принцип дії: VT4 відкритий і працює як емітерний повторювач коли на вході каскаду позитивний сигнал. У цей час VT5 закритий. При негативному сигналі навпаки. Тому електричний розрахунок будемо проводити лише для одного транзистора. Початкові дані: , Rн=10 Ом. Знайдемо максимальний допустимий струм

Іmax =, (5)

Іmax== 3 (А).

Розрахуємо максимальну вихідну потужність

Рmax=UmaxImax, (6)

Рmax=303=90 (Вт).

Задамось умовою

На основі розрахунків оберемо транзистори VT4 та VT5 таких номіналів: КТ819ВМ n-p-n: КТ818ВМ p-n-p:

=100 Вт =100 Вт

=15 А =15 А

=60 В =60 В

=20 =20

=3 МГц =3 Мгц

=1 В =1 В

=5 А =5 А

Дані транзистори цілком задовольняють умовам.

Оберемо діоди VD1 та VD2.

Основні параметри:

=0,3 А

=1 А

=10 мкс

=1 мкА

=50 В

=0,3 А

f=200 кГц

C=2,5 пФ

Заданим параметрам відповідає діод типу КД130АС, що цілком задовольняє умовам.

2.5 Попередній розрахунок ПН

Визначимо коефіцієнт підсилення по напрузі:

, (7)

.

де Vвих max – максимальна вихідна напруга;

Vвх max - максимальна вхідна напруга.

Коефіцієнт підсилення ПН на БТ:

, (8)

.

де Vвих max – максимальна вихідна напруга;

VОП min – мінімальна напруга на операційному підсилювачу.

Отже сигнал на виході підсилювача матиме напругу 30 В, тобто підсилювач виконає підсилення амплітуди сигналу у 6,5рази.

Виберемо активний елемент підсилювача потужності спираючись на наступні дані:

Loading...

 
 

Цікаве