Й.Янсен Курс цифровой электроники. Том 3. Сложные ИС для устройств передачи данных (1987) (1092083), страница 39
Текст из файла (страница 39)
На рис. 3.26 представлена блок-схема, используемая при частотном преобразовании. 240 Гдаеп 3 Установленные на входе измерительные усилители повышают низкий уровень входных напряжений (мВ), поступающих от чувствительных элементов до такого значения, которое необходимо для управления преобразователем напряжения в частоту. После аналого-частотного преобразования с помощьюмультиплексора выбирается нужный сигнал, поступающий на двоичный счетчик, который преобразует частоту в цифровое значение. нертегроруко4и о' еороерсааое с реаеог рура днуоОиог ооооуорто Ряс. 3.27. Реализация ПНЧ. Одна часть дернодз выходного скована является оосгоянноа, а другая изиеннется я зависимости от везичииы ананогового навряження.
Преобразование частоты в цифровое значение осуществляется следующим образом. После установки адреса соответствующего канала подается сигнал начала преобразования, который переключает триггер. В свою очередь триггер разрешает подачу сигнала, проходящего через мультиплексор, на двоичный счетчик для определения его частоты. Счетчик работает определенное время, в течение которого производится измерение частоты. Чем выше частота сигнала, тем больше значение числа, полученного на выходе счетчика. Так как частота определяется величиной аналогового напряжения на входе, то полученное при измерении частоты цифровое значение соответствует уровню входного напряжения. На рис.
3.27 показано, как осуществляется преобразование аналогового напряжения в частоту. 241 Связь устройств обработки с ввешкей средой Интегратор с операционным усилителем на входе питается от источника постоянного тока в течение определенного промежутка времени. Этот промежуток времени регулируется одно- вибратором.
Затем происходит отключениеисточника тока н интегрирующий конденсатор разряжается до нуля. Времяразряда конденсатора зависит от величины аналогового напряжения на входе. Чем выше это напряжение, тем быстрее разряжается конденсатор. Прн этом одна часть периода сигнала определяется одновнбратором и является постоянной, а другая изменяется еь ввов дзвд с> -г йтр Рнс. 3.28.
Другой тнп преобрззования, при котором для связи между ПНЧ н цифровым счетчиком используетея оптоэлектронный элемент. в зависимости от величины напряжения на аналоговом входе. Таким путем можно изменять частоту сигнала, на что реагирует двоичный счетчик, включенный как измеритель частоты. Нулевое показание при разряде интегрирующего конденсатора регистрируется схемой сравнения, которая запускает одновнбратор для получения следующего периода сигнала. Интегратор„ схема сравнения„одновибратор, источник тока и аналоговый переключатель в совокупности образуют импульсный генератор, частота которого регулируется с помощью аналогового входного сигнала. С выхода одновибратора снимается модулированный по частоте сигнал.
На рис. 3.28 показано, как выглнднт простейшая схема без мультиплексора, но с электрической развязкой между первичной н вторичной цепями, которая осуществляется оптоэлектронными элементами. 3.11. Линейная передача аналоговых данных через нелинейный элемент оптоэлектронной связи Передача сигнала через элемент оптоэлектронной связи, содержащий светодиод, фотодиод нли фототранзнстор, является нелинейной операцией из-за нелинейности передаточных характеристик как светодиодов, так н фотодиодов и фототранзисторов. Тем не менее передаточную характеристику можно линеарнзнровать с помощью обратной связи, нак показано ва рис. 3.29. 16 — 807 Гллва 8 В данной схеме в качестве элемента связи используется светодиод с двумя фотодиодами, расположенными на одном кристалле. Фотодиоды освещаются светодиодом.
Посколькуэтн фотодиоды изготовлены на одном кристалле, то они имеют одинаковую передаточную характеристику. Один из фотоднодов включен во входную цепь управляемого операционного усилителя и так изменяет передаточную функцию операционного усилителя, что на выходе второго фотодиоОллэтвь' с'и Рис. Здз. Линейная иередача аналотоэых данных через нелинейный элемент онтоэлектронной сияэи. да появляется сигнал, который линейно зависит от напряжения чувствительных элементов.
Благодаря такому хитроумному использованию обратной связи осуществляется линеаризация передаточной функции элементов оптоэлектронной связи. Сигнал от фотодиода усиливается операционным усилителем вторичной цепи и после аналого-цифрового преобразователя поступает на последующую обработку в систему сбора данных, состоящую из мультиплексора и вспомогательных схем. Требуемое напряжение питания для операционного усилителя в первичной цепи поступает от генератора через трансформатор. Данная схема осуществляет выпрямление, сглаживание и стабилизацию, после чего напряжение питания подается на соответствующие клеммы операционного усилителя.
3.12. Подавление синфазного сигнала Уже неоднократно упоминалось, что требуемое подавление синфазного сигнала между первичной и вторичной цепями можно обеспечить благодаря применению оптоэлектронной связи. Связь устройств обработки с вяеиееей средой Но до сих пор не рассматривалась возможность применения на входах операционного усилителя емкостей связи. В операционном усилителе коэффициент усиления Кт определяется сопротивлением обратной связи есье (=Не) между выходом и неинвертируемым входом, и сопротивлением тг',„, включенным меж- рс Рис. 3.30. Развязка входов операционного усилителя для подавления сни- фааиых помех. Рнс. 3.3К Устройство гальванической раавяаки между первичной н вторичной цепями.
ду этим входом и источником сигнала, т. е. Кт=йье/гга . Если внутренним сопротивлением источника нельзя пренебречь,то при определении усиления его следует прибавить к ехь . В общем случае сопротивление, включенное между источником сигнала и входами операционного усилителя, совместно с конденсатором образует фильтр низких частот для подавления синфазных сигналов. На рис. 3.30 представлена схема, в которой между дифференциальными входами установлен конденсатор емкостью 0,5 мкФ. Такой фильтр особенно эффективен против помех, возникающих при переключении репейных контактов в сильноточных цепях системы управления процессом. В системе сбора данных при переключении каналов должны включаться оба входа, поэтому для выбора чувствительных элементов необходимо использовать сдвоенные переключатели каналов.
В настоящее время для развязки прн переключении каналов с помощью реле используется так называемый мульти- плексор с накопительными емкостями, принцип которого показан на рис. 3.31. Переключающие контакты реле поочередно замыкаются и размыкаются, поэтому система сбора данных никогда не бывает непосредственно соединена с источником сигнала. Конденсатор работает как аналоговый накопитель.
Когда левые контакты замкнуты, конденсатор принимает измеряемую величину, а после замыкания правых контактов передает это значение в измерительный усилитель. 3.13. Мощные схемы При контроле и управлении процессом с помощью автоматического устройства или вычислительной машины действуют те же правила относительно электрической развязки при ослаблении синфазных сигналов, что и для чувствительных элементов. Здесь также рекомендуется применение соответствующих методов, которые обеспечивают необходимую развязку. Для этой цели используются оптоэлектронные элемеяты связи н развязывающие 1гС'-фильтры.
При преобразовании двоичной информации в аналоговую величину можно применить цифро-аналоговое преобразование, которое было рассмотрено выше. Затем полученный сигнал усиливается для управления светодиодом в элементе оптоэлектронной связи. Благодаря использованию элемента связи с двумя идентичными фотодиодамн, расположенными на одном кристалле, и применению обратной связи здесь также обеспечивается линеаризация передаточной характеристики, как в схеме на рис. 3.29. Сигнал, полученный вторичной цепью элемента оптоэлектронной связи, можно затем усилить с помощью транзисторов или интегральных схем для обеспечения возможности линейного регулирования управляющего элемента. При контроле и управлении процессом часто применяется метод «включено-выключено», который рассмотрен в начале этой главы на примере обогрева помещения.
Возможность применения метода «включено-выключено» обусловлена большими постоянными времени большинства мощных схем. Большие постоянные времени прежде всего имеют электродвигатели и гальванические нагревательные элементы Чтобы избежать перерегулирования в методике «включено-выключено», можно принять соответствующие меры.
Например, можно отключить несколько элементов,как только при регулировании температуры достигается требуемое значение. Кроме того, ток нагревательного элемента можно уменьшить с помощью фазовой отсечки при управлении отсимисторов. Отключение ряда Сеяэь рстройств обработки с внешней средой нагревательных элементов является реализацией метода «включено-выключено», а фазовую отсечку можно рассматривать как аналоговое регулирование. Элементы схем при регулировании методом «включено-выключено» обычно потребляют меньшую мощность по сравнению с аналоговыми усилителямн, используемыми при аналоговом регулировании.
При аналоговом регулировании с фазовой отсечкой в принципе также потребляется меньшая мощность, так как управление снмистором или тиристором осуществляется не непрерывно, а с частотой 100 Гц. Следовательно, речь идет об импульсном, илн прерывистом, регулировании. 3.14. Электромагнитные и полупроводниковые реле в качестве регулирующих элементов по методу «включено-выключено» Ранее регулирование методом «включено-выключено» осуществлялось лишь с использованием электромагнитных реле (ЭМР), поскольку в то время еще не были известны полупроводниковые реле ~ППР). Рис. 3.32. Злектромагиитиое реле (ЭМР). а — общий вик; б — комооиовка с экаааииам иаксимальимк размеров (в ммп ЭМР состоит нз набора контактов, замыкание которых обеспечивает протекание тока через обмотку.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
