lab_work (739232), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

дежного, принципиальная электрическая схема которого представлена на

рис. 2.

В этой схеме переменное напряжение 220 В через выключатель и

предохранитель FU1 (1 А) поступает на первичную обмотку трансформа-

тора ТПП288-220-50. Из нескольких вторичных обмоток этого трансфор-

матора набираются выходные напряжения переменного тока в 19 и 7

Вольт, которые подаются на два диодных моста, собранных из кремни-

евых диодов КД205В. На выходе с диодных мостов мы имеем выпрямленные

постоянные напряжения со значительными пульсациями, для подавления

которых в цепь параллельно мостам диодов включены электролитические

емкости: С1 (10000 мкФ 50 В) и С2 (2000 мкФ 50 В). В момент времени

когда с выхода диодного моста напряжение возрастает емкости заряжа-

ются, а когда напряжение начинает снижаться стекание заряда с обкла-

док электролитического конденсатора сглаживает проявление этих пуль-

саций на входе стабилизаторов, собранных на резисторах R1, R2 (1 Ом),

емкостях С3...С6 (0,1 мкФ), транзисторах VT1, VT2 (КТ818БМ), микро-

схемах D1 (КР142ЕН8Б), D2 (КР142ЕН5А и емкостях С7, С8 (200 маФ).

Принцип работы стабилизатора следующий: микросхема D1 (D2)

управляет током, протекающим через малоомный резистор R1 (R2), тем

самым изменяя смещение перехода база-эмитер транзистора VT1 (VT2)

и поддерживая на его выходе стабильное значение требуемого для наг-

рузки выходного напряжения питания 12 (5) Вольт. Наличие мощных

транзисторов VT1 и VT2 вызвано требованиями обеспечения больших то-

ков, необходимых в накопителе на гибких магнитных дисках [7] при

запуске его двигателей. Такой блок питания наиболее оптимально под-

ходит и для аналитических весов, в которых также наблюдается крат-

ковременные всплески потребления больших токов протекающих через

катушку устройства взвешивания и цепи цифроаналогового преобразова-

теля.

Емкости С7, С8 включены для сглаживания импульсных пульсаций

нагрузок на стабилизатор, а С5, С6 в качестве фильтра высокочастот-

ных помех.

Предохранитель FU1 защищает сеть переменного тока от перегру-

зок, скажем при коротком замыкании на вторичных обмотках трансформа-

тора, а FU2 и FU3 - блок питания, при перегрузках в питаемых через

них схемах.

ЦИФРОАНАЛОГОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Наиболее оптимальным было бы использование в качестве цифро-

аналогового преобразователя спецализированной микросхемы, что су-

щественно упростило бы электрическую принципиальную схему аналити-

ческих весов и избавило нас от проблемы решения множества проблем,

связанных с этим преобразованием. Например, микросхемы К572ПА1,

К594ПА1 [2] советского производства или импортного производства:

DAC-01 и DAC-02 (фирма Precision Monolitic), MC1406 (Motorola),

HI-1080 и HI-1090 (Harris Semiconductor), AD-562 и AD-7520 (Analog

Devices) [8], или более современные MX7534, MX7535, MX7536, MX7538

(Maxim) [9]. Однако лучшие из этих чипов гарантируют разрешение с

точностью не более 14 разрядов, что явно недостаточно для обеспе-

чения аналитической точности взвешивания в диапазоне 0...200 грамм.

Для обеспечения указанных требований мы должны разработать

принципиальную электричестую схему 21-го разрядного цифроаналого-

вого преобразователя.

Существует два наиболее широко распространенных метода циф-

роаналогового преобразования: с использованием взвешенных резист-

ров и многозвенной цепочки резистров [8].

На рис. 3 представлена принципиальная электрическая схема

цифроаналогового преобразователя с двоично-взвешенными резистора-

ми, которая состоит из n ключей, по одному на каждый разряд, уп-

равляемых выходным сигналом; цепочки двоично-взвешенных резисто-

ров; источника опорного напряжения Uоп и суммирующего операцион-

ного усилителя, на выходе которого получается аналоговый сигнал,

пропорциональный цифровому коду на входе.

В идеальной ситуации ток, на входе операционного усилите-

ля будет равен

An-1хUоп An-2хUоп A1хUоп A0хUоп

I = __________ + __________ + . . . + ________ + ________ .

R R R R

В нашем случае, для 21-разрядного цифроаналогового преоб-

разователя, диапазон изменения сопротивлений резисторов должен

будет соответствовать ряду: 1,2,4,8,...,524288,1048576 Ом. У нас

не было возможности точного подбора такого широкого ряда резис-

торов тем более, что они должны быть все изготовленны по одной

технологии, в связи с чем этот метод построения цифроаналогово

преобразователя - неприемлем.

На рис. 4 представлена принципиальная электрическая схема

цифроаналогового преобразователя с многозвенной цепочкой резис-

торов. В этой схеме использование цепочки резисторов R-2R, при-

водит к тому, что вклад каждого разряда в выходной сигнал про-

порционален его двоичному весу.

Поскольку эта цепочка резисторов является линейной цепью,

то ее работу можно проанализировать методом суперпозиции, то есть

вклад в выходное напряжение от каждого источника рассматривать

независимо от других источников. Окончательно все вклады от каж-

дого разряда суммируются для получения на выходе результата в

виде напряжения Uвых [8].

Таким образом, выходное напряжение цифроаналогового преоб-

разователя пропорционально сумме напряжений со своими весами,

обусловленных лишь теми ключами, которые подключены к источнику

Uоп.

Для нашего 21-разрядного цифроаналогового преобразователя

простое механическое копирование этой схемы невозможно, так как

самые лучшие чипы операционных усилителей LM101A, LF156A или

LM118 не способны обеспечить требуемого разрешения - их предел

14-ть разрядов и 8...12 разрядов - для микросхем операционных

усилителей советского производства (К153УД2, К140УД18 и других).

Можно было бы разработать двухплечевую схему с использованием

на выходе одного из плеч делителя напряжения, но такой подход

приведет к множеству проблем, связанных с обеспечением идентич-

ности плеч и тому подобных. Поэтому мы решили удалить из схемы

приведенной на рис. 4 операционный усилитель, заменив предшест-

вующий ему резистор 2R, многозвенной цепи, катушкой устройства

взвешивания.

Тогда для обеспечения изменения тока на выходе цифроана-

логового преобразования достаточно больших номиналов тока, до

3,5 А, мы должны подобрать пары 2R/R с таким расчетом, чтобы ве-

личина R составляла значение немного большее 1 Ома, при этом ре-

зисторы 2R должны иметь коэффициент деления как можно ближе к

двум, особенно в старших значащих разрядах. Кроме этого, резис-

торы должны быть мощными МЛТ-1 или МЛТ-2, чтобы избежать их вы-

горания при прохождении больших токов.

Подбор номиналов резисторов мы производили с использовани-

ем цифрового измерителя L, C, R Е7-8 из нескольких тысяч резис-

торов, номинала 1,4 и 2,7 Ом, во всех организациях города, в

которых нам удалось их найти: АО ССГПО (6 подразделений), Руд-

ненский индустриальный институт, Рудненский политехнический кол-

ледж и других. Тип и номиналы этих резисторов определяли их ред-

кое использование и поэтому по причине их отсутствия или дефицит-

ности нам не отказали ни в одной из упомянутых организаций.

После продолжительной и утомительной работы нам удалось по-

добрать многозвенную 21-разрядную цепочку сопротивлений, значения

сопротивлений которых сведены в табл. 1.

Таблица 1

Подобранные номиналы резисторов многозвенной цепочки

цифроаналогового преобразователя

Разряд Номиналы резисторов Коэффициент Средние зна-

NN цепи, Ом делимости чения, Ом

20 2,246 1,123 2,000

19 2,248 1,124 2,000

18 2,252 1,126 2,000

17 2,258 1,129 2,000

16 2,260 1,130 2,000

15 2,260 1,130 2,000

14 2,247 1,124 1,999

13 2,249 1,125 1,999

12 2,250 1,126 1,999

11 2,253 1,127 1,999 2,2575

10 2,253 1,127 1,999 --------

9 2,257 1,128 2,001 1,1283

8 2,256 1,127 2,002

7 2,258 1,128 2,002

6 2,260 1,129 2,002

5 2,264 1,131 2,002

4 2,266 1,132 2,002

3 2,266 1,132 2,002

2 2,268 1,132 2,004

1 2,268 1,132 2,004

0 2,269 1,132 2,004

Анализ значений сопротивлений табл. 1 показывает, что для

старших разрядов цифроаналогового преобразователя коэффициенты де-

ления напряжений подобраны практически идеально, с ухудшением до

0,2% в трех младших разрядах (0.04% - в среднем), а группы сопро-

тивлений подобраны с точностью 0.5%, такие параметры существенно

лучше тех, 0.1 и 1.0%, соответственно [8], которые обеспечивают

измерения с погрешнрстью, сопоставимой с половиной величины млад-

шего разряда преобразователя.

Теперь нас подстерегает единственная проблема, сопряженная

с большими величинами токов, которые будут протекать через пере-

ключатели K0, K1, ... ,Kn-1, полностью исключающая возможность

применения для этой цели полупроводниковых переключателей, напри-

мер, AM2009, MM4504, MM5504 [8], DG516 [12] и им подобных. Кроме

того, каждый такой ключ будет иметь собственную величину сопро-

тивления, вклад которого в каждый из разрядов аналогоцифрового

преобразователя будет сильно искажать выходное напряжение.

Единственным решением этой проблемы может стать исполь-

зование в качестве ключа перекидного контакта реле. Неоспоримым

достоинством использования реле является то, что его контакт не

вносит паразитного сопротивления в цепи разрядов аналогоцифро-

вого преобразователя и для реле неопасно протекание больших токов

через перекидной контакт. Кроме того, применение реле позволит

произвести гальваническое разделение силовой цепи в 12 В от це-

пи питания ОЭВМ в 5 В. Существенный недостаток использования реле

в качестве разрядных ключей является их низкое быстродействие -

от 10 до 50 милисекунд, однако оно может быть компенсировано ис-

пользованием алгоритма скорейшего поиска необходимого значения

цифрового кода.

Из скудного ряда доступных нам достаточно миниатюрных реле,

мы сразу отказались от реле с герконовым переключателем (РЭС-55),

так как они оказались бы в зоне воздействия сильного магнитного

поля устройства взвешивания, когда факт включения ее контакта

мог быть не бесспорным, и из-за слишком большого времени надеж-

ного срабатывания - 25...40 милисекунд. Из реле с механическим

контактором больше всего подходило РЭС-10, во-первых, из-за ма-

лых размеров, во-вторых, из-за возможности включения контакта

при напряжениях в 4 Вольта, в-третьих, из-за ориентированности

ее конструкции на крепление непосредствено к монтажной печатной

плате, в-четвертых, из-за самой высокой скорости срабатывания

из всех идентичных ей образцов - не более 10 милисекунд, в-пятых,

из-за относительно низкого потребления тока - около 35 милиам-

пер.

Разработанная на основе всего вышеизложенного принципиаль-

ная электрическая схема цифроаналогового преобразователя пред-

ставлена на рис. 5. В этой схеме с выхода программируемого па-

раллельного адаптера КР580ВВ55А нулевой потенциал подается в ба-

зу транзистора VT0 (VT1,...,VT19,VT20) - КТ361Е, вызывая отпира-

ние его перехода эмитер-колектор и протекание постоянного тока,

напряжением в 5 Вольт, через обмотку реле K0 (K1,...,K19,K20) -

РЭС-10. Непосредственное включение обмоток реле с выводов микро-

схемы КР580ВВ55А невозможно из-за их низкой нагрузочной способ-

ности (3,2 мА), при величинах токов, потребляемых реле РЭС-10,

порядка 35 мА.

Поскольку коммутирование контактов реле не происходит

мгновенно и характеризуется явлением, называемым в литературе

"дребезгом", для предотвращения подгорания контактов реле, до

момента уверенного их срабатывания, цепь 12 Вольтового питания

разорвана на переходе эмитер-колектор мощного транзистора VT22

(КТ972). После выдерживания паузы в 11 мС, необходимых для уве-

ренного срабатывания контактов реле РЭС-10, на выход P3.5 ОЭВМ

подается сигнал нулевого потенциала, поступающий на базу транзис-

тора VT21 (КТ361Е) и отпирающий его переход между колектором и

эмитером. После этого в базу транзистора VT22 поступает потен-

циал, достаточный для отпирания его перехода эмитер-колектор.

Представленная на рис. 5 принципиальная электрическая

схема коммутатора исполнительной цепи позволяет не только из-

бавиться от проблемы подгорания контактов реле, но и избежать

перегрева низкоомных сопротивлений многозвенной цепочки резис-

торов большими токами, посредством сбора цепи на очень малень-

кий интервал времени 300 микросекунд.

Для подавления колебаний тока при выключении обмотки реле,

обладающей индуктивностью, параллельно ей включен шунтирующий

Характеристики

Список файлов реферата