курсовая работа. Курсовая работа По дисциплине Электроника

• Название: Курсовая работа По дисциплине Электроника
• Анкор: курсовая работа
• Дата: 19.11.2022
• Размер: 1.71 Mb.
• Имя файла: Kursovaya_rabota.docx
• Тип: Курсовая; #799653
• страница: 4 из 7

Рисунок 4 - Входная цепь нормирующего преобразователя
Компенсирующий усилитель DA4.1 предназначен для формирования на своём выходе напряжения U3, учитывающего квадратичную составляющую характеристики ТС. Напряжение U2, пропорциональное изменению контролируемой температуры, с выхода усилителя DA2 подаётся на вход компенсирующего усилителя DA4.1 и суммируется в заданной сопротивлениями R15, R17, R20 пропорции с опорным напряжением U₀, поступающим с формирователя опорного напряжения. В зависимости от величины входного сигнала U2 компенсирующий усилитель DA4.1 корректирует выходной ток источника постоянного тока DA1, компенсируя тем самым нелинейность температурной характеристики ТС.

Ток I через ТС задаётся источником постоянного тока DA1. Величина тока I определяется сопротивлением резистора обратной связи R1 и напряжением U3, подаваемым на не инвертирующий вход микросхемы DA1 с выхода компенсирующего усилителя DA4.1:



Компенсирующий усилитель DA4.1 собран по схеме инвертирующего сумматора и напряжение U3 на его выходе определяется формулой.

U3 = - (U₀ • k1 + U2 • k2), (3)

где — U₀ - опорное напряжение,

— k1 =R20/R17,

— k2 =R20/R15,

— U2 - напряжение пропорциональное изменению контролируемой температуры.

Коэффициент k1 определяет составляющую тока, протекающую через ТС при температуре, соответствующей началу измеряемого диапазона, а коэффициент k2 определяет составляющую тока, компенсирующую кривизну температурной характеристики. Коэффициент k1 пропорционален коэффициенту интерполяции A в формуле (2), а коэффициент k2 пропорционален коэффициенту интерполяции B, поэтому k2 << k1.

Напряжение U2 формируется на выходе дифференциального усилителя DA2 и определяется соотношением:



где RL - сопротивление проводов линии связи между ТС и преобразователем. Выбрав для дифференциального усилителя R3 = R13, получим

(4)

где k = (R - R1)/R1 = ΔR/R1.

Подставляя выражение (4) в формулу (3), получим

(5)

Так как k • k2 << 1, то

(6)

Отсюда

U2 = U₀ • k1 • (1 + k • k2) • k

или

U2 = (a + b • ΔR) • ΔR, (7)

где — a = U₀ • k1/R1;

— b = a • k2/R1.

Из пропорции между формулами (1) и (5) находим

(8)

(9)

где — ΔTmax = Tmax – T₁;

— Tmax – значение температуры в конце измеряемого диапазона;

— T₁ – значение контролируемой температуры в начале измеряемого диапазона;

— U2max = Imax • (Rmax - R1);

— Rmax — сопротивление ТС, соответствующее конечной температуре измеряемого диапазона;

— Imax — ток, протекающий через ТС при температуре, соответствующей концу измеряемого диапазона.

Ток, протекающий через ТС при температуре, соответствующей началу измеряемого диапазона, будет равен:



В обратную связь усилителя DA2 включѐн конденсатор C2, который вместе с резистором R13 образует RC-цепь. Таким образом, усилитель DA2 выполняет также функцию фильтра нижних частот. Частота среза fg определяется формулой

(10)

Схема масштабирующего и суммирующего усилителей приведена на рисунке 5.

Масштабирующий усилитель, выполненный на микросхеме DA5 и резисторах R16, R19, предназначен для усиления напряжения U2, формируемого входным усилителем. Коэффициент усиления масштабирующего усилителя подбирается так, чтобы амплитуда сигнала на выходе суммирующего усилителя DA4.2 лежала в диапазоне, определяемом выходным сигналом RI-преобразователя. Для унифицированного выходного сигнала от 4 до 20 мА этот диапазон обычно выбирается в пределах от 0,4 до 2В. Отсюда максимальное напряжение U5 на выходе масштабирующего усилителя определяется следующим выражением:





Рисунок 5 - Масштабирующий и суммирующий усилители
Суммирующий усилитель выполнен на микросхеме DA4.2, резисторах R23...R28 и конденсаторе C3. Он предназначен для привязки диапазона напряжений U5 к начальному (0,4 В) и конечному (2 В) уровням и, соответственно, для корректировки минимального и максимального значения выходного тока RI-преобразователя.

Суммирующий усилитель выполнен по схеме с компенсацией ёмкостной нагрузки. При работе операционного усилителя на ёмкостную нагрузку, последняя вместе с выходным сопротивлением усилителя образует фильтр нижних частот, который даёт дополнительный фазовый сдвиг выходного напряжения. Это уменьшает запас по фазе, и схема усилителя может самовозбуждаться уже при незначительной величине нагрузочной ёмкости. Для предотвращения этого параллельно резистору отрицательной обратной связи R27 включена ёмкость C3, компенсирующая фазовый сдвиг вблизи критической частоты. Действие конденсатора C3 усилено развязывающим резистором R28.

На входы суммирующего усилителя, кроме напряжения U5, дополнительно поступают опорное напряжение минус U₀ и напряжение U_x с потенциометра R22, которые должны сместить нулевой уровень выходного напряжения U4 на 0,4 В, то есть установить напряжение, соответствующее начальному значению контролируемого диапазона температур. Напряжением минус U₀ производится грубая установка нулевого уровня напряжения U4, а напряжением U_x изменяющимся в пределах ± U_0, точная. Потенциометр R22 предназначен для регулировки нулевого уровня выходного напряжения U4. Таким образом, напряжение U4 на выходе суммирующего усилителя определяется следующим выражением: