Министерство образования и науки Республики Казахстан
Павлодарский государственный университет им.С. Торайгырова
Факультет физики, математики и информационных технологий
Кафедра вычислительной техники и программирования
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Пояснительная записка
КП.370140.1805.32.05. ПЗ
Тема: Процесс моделирования работы коммутационного узла
Ст. преподаватель В.Ю. Игнатовский
Нормоконтролер: Студент:
Заведующий кафедрой Потапенко О.Г.
2006
Задание
Основной целью курсового проекта является разработка системы получения информации о температуре с минимальными допустимыми потерями. Поставленная цель достигается анализом способов необходимого преобразования сигнала, подбором наиболее рациональных вариантов обработки сигнала, формулированием требований к схемотехническим решениям.
В зависимости от варианта, возможный порядок выполнения курсового проекта выглядит как поочередное решение задачи:
выбор структурной схемы, выбор параметров сигнала на входах и выходах элементов структурной схемы, составление баланса погрешностей
выбор схемы и расчет измерительного преобразователя сопротивления в напряжение
выбор схемы и расчет источника стабильного тока
выбор схемы и расчет частотного фильтра
определение суммарной погрешности и мероприятий для уменьшения погрешности
выбор схемы и расчет формирователя выходного сигнала
составление принципиальной схемы системы обработки сигнала.
При решении задач следует рассматривать все возможные варианты реализации, однако к рассмотрению принимать наиболее целесообразные. Системный анализ и экономические расчеты для сопоставления равноценных вариантов допускается не производить с целью ограничения объема выполняемых работ.
Исходные данные к проекту:
1) допустимая погрешность 1%;
2) устройство удаленно от объекта на 95м;
3) уровень синфазной помехи составляет 3.2 В;
4) диапазон измерения температуры составляет />;
5) выходной сигнал /> в диапазоне />мА;
6) датчик 50M, от /> до/>С, опрос каждые 4.5 секунды.
Содержание
Введение
1. Структурная схема измерительной части
2. Выбор схемы и расчет ПСН
2.1 Схема ПСН
2.2 Расчет ПСН
2.3 Определение погрешностей ПСН
3. Выбор схемы и расчет источника стабильного тока для ПСН
3.1 Выбор схемы источника стабильного тока
3.2 Расчет источника стабильного тока
3.3 Определение погрешностей источника стабильного тока
4. Выбор схемы и расчет измерительного усилителя
4.1 Выбор схемы измерительного усилителя
4.2 Расчет измерительного усилителя
4.3 Определение погрешностей измерительного усилителя
5. Выбор схемы и расчет фильтра низкой частоты
5.1 Определение желаемых параметров фильтра
5.2 Определение реальных параметров фильтра
5.3 Выбор схемы фильтра и его расчет
5.4 Определение погрешностей фильтра
6. Выбор схемы и расчет ПНТ
6.1 Выбор схемы ПНТ
6.2 Расчет ПНТ
6.3 Определение погрешностей ПНТ
7. Расчет источника питания
7.1 Выбор схемы и расчет стабилизатора напряжения
7.2 Выбор и расчет выпрямителя напряжения
7.3 Выбор и расчет трансформатора
8. Проверка общей погрешности
Заключение
Список использованных источников
Введение
Одной из характерных черт научно-технической революции является дальнейшее совершенствование средств и систем комплексной автоматизации различных процессов. Разработка и проектирование современных средств и систем — базируется на достижения в различных областях науки и техники, в том числе и в области автоматического регулирования и управления
Задача разработки систем автоматического регулирования и систем управления состоит в том чтобы, располагая некоторыми априорными сведениями об объекте и заданными требованиями к свойствам всей системы в целом (точность, надежность и т.д.), выбрать технические средства (а в случае необходимости сформулировать технические условия на разработку новых средств автоматики) и составить схему системы, обеспечивающую реализацию этих требований.
Измерительные устройства в системах управления служат для восприятия первичной информации о состоянии управляемого объекта и преобразования ее в сигналы, удобные для их последующей переработки в сигналы управления.
В современных системах управления измерительные устройства часто представляют собой сложные системы, содержащие ряд преобразователей, усилителей, корректирующих цепей, следящих систем и вычислительных устройств.
Основное требование, предъявляемое к измерительному устройству, состоит в том, чтобы он формировал полезный сигнал с минимальными искажениями.
Последние могут вызываться как динамическими и статическими свойствами измерительного устройства, так и влиянием на его работу помех и шумов.
Очень важной характеристикой измерительного устройства в системах управления является его точность, так как очевидно, что точность управления не может быть выше, чем точность измерения.
На точность измерения влияют точность датчиков, элементов преобразующих сигнал этих датчиков, а также большое значение имеет уровень помех. Основными видами помех являются помехи синфазные и дифференциальные. Синфазная помеха отличается от дифференциальной тем, что воздействует одновременно на оба входа измерительного устройства.
Основными причинами появления синфазных помех являются:
1) Влияние ближнего электромагнитного поля;
2) Появления разности потенциалов из-за заземления в двух разных точках….
Существует несколько основных направлений, позволяющих снизить влияние синфазных помех на точность измерения. Это увеличение входного сопротивления, симметрирование входных цепей, применение операционных усилителей с большим сопротивлением синфазному напряжению и применение гальванической развязки и др.
В данной курсовой работе требуется разработать измерительную часть устройства автоматического управления. Эта часть состоит из двух преобразователей типов сигналов (температура в напряжения, напряжения в ток), усилителя сигнала, а также фильтра низкой частоты, необходимого для борьбы с синфазной помехой.
1. Структурная схема измерительной части
Структурная схема
/>
Рисунок 1 — Структурная схема измерительной части
Описание составных частей структурной схемы
Структурная схема представлена на рисунке 1, где:
1 — датчик температуры 50M, необходим для преобразования температуры в сопротивление:
его сопротивление при измеряемой температуре />
/>
2 — преобразователь сигнала датчика в напряжения (ПСН);
3 — источник тока для ПСН;
4 — измерительный усилитель:
напряжение входного сигнала равно напряжению на выходе ПСН.
Напряжение синфазной помехи (по заданию) равно 3.5В, напряжение выходного сигнала принимаем 1В;
5 — фильтр низкой частоты (необходим для ослабления синфазной помехи до уровня, который нам необходим — принимаем, что будет вполне достаточно уровня в 0,01% от общей погрешности):
напряжение входного сигнала равно напряжению на выходе ПСН, напряжение синфазной помехи равно напряжению синфазной помехи с учет ослабления на измерительном усилителе, в качестве частоты синфазной помехи принимаем частоту промышленной сети />, опрос датчика ведется каждый 6 секунд;
6 — ПНТ (необходим для преобразования напряжения в ток):
входное напряжение ПНТ равно выходному напряжению измерительного усилителя, ток на выходе (по заданию) />;
7 — источник питания схемы измерительного устройства:
он должен обеспечивать двуполярное напряжение />с допустимым коэффициентом пульсаций /> при входном напряжении переменного тока 220В.
Для расчета погрешностей принимаем, что около 50% погрешности будет на измерительном усилителе, на фильтре около 10%, а остальная погрешность поровну распределиться по остальным узлам схемы.
2. Выбор схемы и расчет ПСН
2.1 Схема ПСН
В качестве схемы преобразователя сопротивления в напряжение принимаем четырехпроводный ПСН рисунок 2
/>
Рисунок 2 — ПСН
2.2 Расчет ПСН
Напряжение на выходе схемы ПСН будет равно:
/> (1)
где /> — напряжение на выходе ПСН;
/> — потребляемый мостом ток;
/> — сопротивления плеч моста;
/> — сопротивления соединительных проводов.
Сопротивления плеч моста подбираются с учетом следующего соотношения:
/> (2)
/>Ом; />Ом; />Ом;
Сопротивления берем по ряду Е96 с точностью />
Основное ограничение на параметры данной схемы накладывает мощность, рассеиваемая на термосопротивлении (принимается />mВт):--PAGE_BREAK--
/> (3)
С учетом данного ограничения рассчитываем ток />/>:
/> (4)
Для удобства расчета примем />;
Так как плечи моста находятся в равновесии (т.е. выполнятся условие (2)), то общий ток, который потребляется мостом равен:
/> (5)
где/> — ток потребляемый по второму плечу моста (/>).
Напряжение на выходе схемы /> будет равно (1):
/>
2.3 Определение погрешностей ПСН
Далее рассчитываем погрешность ПСН. Она будет состоять из погрешности неточности сопротивлений:
/> (7)
где/> — погрешность от неточности сопротивлений;
/>
— функции чувствительности соответственно для отклонения />.
Функция чувствительности для сопротивления /> находиться по формуле:
/> (8)
аналогично для сопротивлений /> и />:
/> (9)
/> (10)
Погрешность от неточности сопротивлений находим из (7) подстановкой (8), (9) и (10):
/>
Для вычисления максимальной погрешности принимаем, что
/>
Тогда формула для определения погрешности принимает вид:
/>; (11)
Вычисляем погрешность от неточности сопротивлений:
/>
3. Выбор схемы и расчет источника стабильного тока для ПСН
3.1 Выбор схемы источника стабильного тока
/>
Рисунок 3 — Источник стабильного тока
3.2 Расчет источника стабильного тока
Определяем наибольшее сопротивление нагрузки />:
/> (12)
Сопротивления соединительных проводов находим по формуле:
/> (13)
Где /> — удельное электрическое сопротивление провода (Ом/м); /> — длина соединительных проводов (90 м);
S— площадь поперечного сечения соединительных проводов (/>).
/>Ом;
Примечание, для соединения схемы с ПСН используем кабель КВВГ.
Сопротивление нагрузки (12) будет равно:
/>Ом;
В качестве исходной схемы берем схему, представленную на рисунке 3. Необходимо выбрать стабилитрон VD. Для этого вычисляем необходимое напряжение стабилизации />:
/> (14)
где/> — напряжение вхождения транзистора в насыщение. Так как напряжение стабилизации /> повторяется на сопротивлении /> (так как />), то есть возможность выбрать номинальное напряжение стабилизации стабилитрона />:
/>; (15)
/> выбирается таким образом, чтобы транзистор VT не входил в режим насыщения. Для кремниевых транзисторов принимается />В,
/>В;
Выбираем прецизионный стабилитрон Д815Е. Его параметры:
Напряжение стабилизации />В;
Ток стабилизации />;
Максимальное дифференциальное сопротивление />Ом;
Допустимая рассеиваемая мощность />mВт;
Температурный коэффициент сопротивления ТКС=0,1.
Теперь выбираем сопротивление />. Оно необходимо для задания тока через стабилитрон VD (/>) и находиться из соотношения (16):
/>; (16)
/>Ом;
Выбираем по ряду Е24 сопротивление />= 4,3 Ом.
Мощность рассеваемая на сопротивлении будет равна:
/>Вт;
С целью надежности, номинальную мощность резистора принимаем с запасом от 3 до 6 раз:
/>Вт;
Принимаем /> = 0,05 Вт.
Выбираем сопротивление />:
/>Ом;
Для того чтобы скомпенсировать разброс напряжения стабилитрона и влияние тока базы транзистора сопротивление /> делаем с подстройкой:
/>Ом;
Принимаем />Ом (по ряду Е96); />Ом (по ряду Е24).
Мощность рассеваемая сопротивлением /> равна:
/>Вт;
Номинальную мощность сопротивления /> принимаем также в />раз больше:
/>Вт = 2,5 Вт;
Далее выбираем транзистор VT. Он должен удовлетворять следующим параметрам:
/>В;
/>А;
/>;
/>В.
Выбираем по справочнику ВС489С. Его параметры:
Допустимое напряжение К-Э />В;
Допустимый ток коллектора />mA;
Напряжение насыщения />В;
Коэффициент усиления />;
Допустимая рассеваемая мощность />mВт.
Рассеваемая мощность на транзисторе будет:
/>mВт;
Резистор /> в данном случае необязателен, поэтому принимаем /> = 0.
Выбираем операционный усилитель (ОУ): ОР-37Е. Его параметры:
Напряжение питания />В;
Потребляемая мощность />mВт;
Напряжение смещения />мкВ; продолжение
--PAGE_BREAK--
КОСС />дБ;
Коэффициент усиления />;
Входное сопротивление />Мом;
Средний входной ток />нА;
Разность входных токов />7нА;
/>;
Температурный диапазон />.
3.3 Определение погрешностей источника стабильного тока
Определяем погрешности:
а) Погрешность от разброса сопротивлений не учитываем, так как сопротивление /> подстроечное;
б) Погрешность от отклонения напряжения питания:
Разброс напряжения питания составляет 0,5%, тогда:
/>В;
Отклонение напряжения питания до минимума /> равно:
/>;
Выражаем отсюда ток стабилизации:
/>mA;
Разброс напряжения стабилизации составляет:
/>mВ;
Аналогичный расчет делаем для повышения напряжения питания.
/>mA;
/>mВ;
Наибольшим отклонением напряжения стабилизации является — 2,787 mВ.
Погрешность составит:
/>mA;
в) Погрешность от реального ОУ, она зависит в данном случае от />:
/>mВ;
/>мкА;
г) Погрешность от резистора /> не учитываем, так как /> подстроечное.
д) Погрешность от транзистора. Она определяется долей тока базы, но так как /> подстроечное, то эту погрешность не учитываем.
е) Суммарная погрешность:
/>мкА;
или в процентном соотношении:
/>
Окончательная схема источника стабильного тока изображена на рисунке 4.
/>
Рисунок 4 — Источник стабильного тока
4. Выбор схемы и расчет измерительного усилителя
4.1 Выбор схемы измерительного усилителя
Так как синфазная помеха не превышает 10В и коэффициент усиления не большой, то достаточно будет взять простейший дифференциальный усилитель. Схема простейшего дифференциального усилителя представлена на рисунке 5.
/>
Рисунок 5 — Измерительный усилитель
4.2 Расчет измерительного усилителя
Определяем требуемый коэффициент усиления:
/>; (17)
где /> — напряжение на выходе измерительного усилителя;
/> — напряжение на входе измерительного усилителя.
Выбираем операционный усилитель ОР-37Е.
Теперь выбираем сопротивления /> и />. Они должны удовлетворять следующим условиям:
/>Мом;
где /> — входное сопротивление ОУ;
/>Ом;
где /> — напряжение смещения ОУ;
/> — разность входных токов ОУ.
Принимаем />/> 12Ком;
/>Ком;
Принимаем значения сопротивлений с точностью 0,005% по ряду Е96:
/>
4.3 Определение погрешностей измерительного усилителя
Рассчитываем погрешности измерительного усилителя. Она состоит из погрешностей ОУ и погрешностей от влияния соединительных проводов.
Погрешность от несовпадения сопротивлений с номиналами:
Новый коэффициент усиления будет равен (17):
/>
/>
/>
Погрешность от неточности резисторов:
/>
где /> — отклонения сопротивлений от номинала.
Эту погрешность определяем на самый благоприятный исход:
/>
/>
Адаптивная погрешность:
/>
Погрешность от
U/>mВ;
не учитываем, так как используем подстройку
UU/>mВ
где ТКUсм — температурный коэффициент напряжения смещения.
или в процентах:
/>;
Погрешность от входных токов:
/>mВ;
или в процентах:
/>
Погрешность от конечного КОСС:
/>mВ;
Суммарная погрешность:
/>
Суммарную погрешность рассчитываем (из 18) без учета влияния Uсф т.е. без учета />и />.
/>;
или в процентном соотношении:
/>
Влияние соединительных проводов не учитываем, так как дальше в схеме есть подстройка выходного сигнала.
Окончательная схема измерительного усилителя приведена на рисунке 6.
/>
Рисунок 6 — Измерительный усилитель
5. Выбор схемы и расчет фильтра низкой частоты
5.1 Определение желаемых параметров фильтра
Составляем требуемую АЧХ фильтра (Рисунок 7):
/>
Рисунок 7 – АЧХ
Находим частоту опроса:
/>
Находим верхнею частоту опроса:
/> (19)
Следовательно
/>
Далее находим частоту среза фильтра: продолжение
--PAGE_BREAK--
/>
Составляем нормированную АЧХ фильтра:
Частота среза составит:
/>
Уровень синфазного напряжения на входе фильтра находим из расчета измерительного усилителя (18):
/>;
Погрешность которая нас устраивает — 0,01%
Коэффициент передачи фильтра:
/>
5.2 Определение реальных параметров фильтра
Теперь определяем степень аппроксимации полинома. Принимаем полином Баттерворта, степень которого должна быть такой, чтобы АЧХ проходила через точку с координатой 45 и 1. Нормированная частотная характеристика находиться по формуле:
/>
Отсюда находим относительную частоту />:
/>
Теперь находим порядок фильтра n:
/>
Так как этот коэффициент минимальный, то принимаем n=2. При этом коэффициент передачи на частоте помехи будет равен:
/> (20)
Этот коэффициент меньше необходимого (0,5809), поэтому можно пересмотреть частоту среза для упрощения реализации фильтра. Воспользуемся формулой (20). Подставляем значение желаемой относительной частоты, после чего находим новое значение частоты среза:
/>
/>
Исходными данными для фильтра будут:
коэффициент усиления А=1;
частота среза />
В качестве фильтра используем фильтр Баттерворта.
Составляем передаточную функцию фильтра:
/>
Для фильтра Баттерворта второго порядка коэффициента равны:
n=2; c=1; в=1; />
/>
5.3 Выбор схемы фильтра и его расчет
Принимаем схему фильтра низкой частоты по структуре Саллена-Ки, она показана на рисунке 8.
Выбираем параметры элементов схемы:
/>
Рисунок 8 — Фильтр низкой частоты
1) />
принимаем по ряду Е24 />=1,2 мкФ (иначе нельзя будет посчитать />);
2) />
принимаем ближайшее меньшее значение по ряду Е24 />=0,56мкФ;
3)
/>
Принимаем по ряду Е96 ближайшее значение />2,94 Ком;
4) />
Принимаем по ряду Е96 ближайшее значение />5,11 Ком
5) Так как коэффициент усиления А=1, то />и />0
Окончательная схема фильтра низкой частоты показана на рисунке 9.
/>
Рисунок 9 — Фильтр низкой частоты
5.4 Определение погрешностей фильтра
Рассчитываем погрешности, для этого преобразуем схему, исключив из нее конденсаторы. Измененная схема показана на рисунке 10.
/>
Рисунок 10 — Фильтр низкой частоты
Как видно из преобразованной схемы погрешности фильтра состоят из погрешностей неинвертирующего усилителя А.
Погрешность от неточности коэффициента отсутствует, так как этот
коэффициент равен 1;
Погрешность от неточности резисторов также отсутствует, так как />0;
Погрешность от напряжения смещения Uсм:
/>
Погрешность от напряжения смещения с изменением температуры:
/>
5) Погрешность от влияния входных токов отсутствует, так как коэффициент равен 1 (/>0);
6) Погрешность от конечного КОСС:
/>
Суммарная погрешность:
/>
или в процентах:
/>
6. Выбор схемы и расчет ПНТ
6.1 Выбор схемы ПНТ
За основу возьмем схему приведенную на рисунке 11.
/>
Рисунок 11 – ПНТ
6.2 Расчет ПНТ
В данной схеме сопротивления /> и /> используются в качестве делителя напряжения, так как на выходе ПНТ сигнал от 4 мА. Они рассчитываются по методу двух узлов (Рисунок 12а и 12в). Проводимости ветвей равны:
/>
Рисунок 12
/>
Возьмем потенциал точки в=в1за нулевой.
/>; (21)
Так как необходимо собрать делитель, который обеспечивал бы на выходе из схемы ПНТ ток от 4 до 20мА, то можно сместить напряжение на ОУ А на значение, которое бы обеспечивало бы при нулевом сигнале на входе схемы 4мА на выходе (соответственно при максимальном входном сигнале в 1В и смещении 0В на выходе должно быть 20-4 =16мА). Тогда потенциалы в точке а будут равны:
/>
Тогда система уравнений (21) примет вид:
/>
Выражаем из полученного соотношения />к />:
/> (22)
Выбираем сопротивления />и />по ряду Е192 с точностью /> максимально удовлетворяющие отношению (22):
/>
Теперь выбираем сопротивление датчика тока />: продолжение
--PAGE_BREAK--
/>
Напряжение /> найдем из (21):
/>
Для того чтобы всю схему можно было настроить после сборки, сопротивления />собираем из двух, одно из которых подстроечное />.
/>;
Принимаем по ряду Е24 />;
/>;
Принимаем по ряду Е96 />;
Мощность рассеиваемая на сопротивлении/>:
/>Вт;
Принимаем />= 0,25Вт;
Выбираем транзистор VT.
/> (23)
где /> — напряжение питания;
/> — ток на выходе ПНТ;
/> — сопротивление нагрузки ПНТ;
/> — напряжение насыщения на выводах К-Э транзистора.
Для транзисторов структуры p-n-pпринимают /> не более />В. Напряжение питания выбираем таким, чтобы при максимальном выходном токе транзистор VT не выходит в насыщение. Из (23) найдем допустимое сопротивление нагрузки:
/>;
Таким образом схема ПНТ пригодна (с учетом запаса) для нагрузки сопротивлением до 500Ом.
Транзистор выбирается исходя из следующих условий:
/>/>
коэффициент усиления />
/> где /> — допустимое напряжения на К-Э;
/>
/>
Выбираем по справочнику два транзистора ВС454С и собираем из них транзистор Дарлингтона.
Параметры ВС454С:
Допустимое напряжение К-Э />=50В;
Коэффициент усиления />
Напряжение насыщения />В;
Допустимая рассеваемая мощность />mВт.
Выбираем ОУ ОР-37Е.
Сопротивление /> задает ток базы, но так как у транзистора Дарлингтона очень большой коэффициент усиления (/>), то необходимость в этом сопротивлении отпадает, поэтому принимаем />=0.
Выбираем диод VD2. Он необходим для защиты перехода Б-Э. Выбираем по справочнику диод КД503А.
6.3 Определение погрешностей ПНТ
Рассчитываем погрешности ПНТ.
1) Погрешность от неточности сопротивления /> отсутствует, так как оно подстроечное;
2) Погрешность от напряжения смещения ОУ:
/>
3) Погрешность от входных токов. Эта погрешность почти отсутствует так как ОУ включен как повторитель напряжения.
4) Погрешность от несовпадения />и/> с номиналами и от ухода напряжения стабилизации стабилитрона VD1:
При максимальном напряжении сигнала на входе выходной ток будет равен:
/> (24)
Расчет делаем их наихудших условий. Как видно из (24) это произойдет при увеличении напряжения стабилитрона до максимального, при увеличении /> до максимума и при уменьшении /> до минимума, то есть:
/> будет равно />
/> будет равно />
/> будет равно />
Выходной ток при таком раскладе будет равен:
/>
При этом погрешность составит:
/>
Суммарная погрешность ПНТ:
/>
Расчет балластного сопротивления для стабилитрона:
/>
где /> — минимальный ток стабилизации стабилитрона VD1.
Принимаем по ряду Е96 />=1,18 Ком. Мощность рассеваемая на />:
/>
Принимаем />=0,5Вт;
Окончательная схема ПНТ показана на рисунке 13.
/>
Рисунок 13 — ПНТ
Порядок подстройки />: датчик температуры заменятся сопротивление 130ом, после чего подстроечным резистором /> добиваются выходного тока 20мА, после чего датчик температуры ставится на место и теперь схема годна к применению.
7. Расчет источника питания
7.1 Выбор схемы и расчет стабилизатора напряжения
Определяем требуемую нагрузку питания. Она состоит из:
Источника тока для ПСН: питание ОУ:
/>
где /> — мощность потребляемая ОУ;
/> — напряжение питания ОУ.
Измерительный усилитель: питание ОУ:
/>
Фильтр: питание ОУ: />
ПНТ: питание ОУ: />
Ток стабилизации стабилитрона: />
Выходной ток />
Минимальный ток, потребляемый нагрузкой:
/>
Максимальный ток потребляемый нагрузкой:
/>
Выбираем интегральный стабилизатор напряжения К142ЕН6А:
Его параметры:
Входное напряжение />
Максимальный ток нагрузки />
Коэффициент нестабильности по напряжению />
Коэффициент нестабильности по току />/>
/>
Потребляемый ток />
Коэффициент сглаживания />
Определяем напряжение на выходе стабилизатора:
/>
Определяем номинальное входное напряжение:
/>
Где 0,9 — необходимо для учета понижения напряжения на 10%. продолжение
--PAGE_BREAK--
Принимаем />=20В;
Определяем нестабильность напряжения на входе стабилизатора:
Из-за изменения напряжения на входе:
/>
где /> — максимальное отклонение напряжения от номинального
/>
От отклонения напряжения на входе из-за изменения тока в нагрузке:
/>
Из-за изменения температуры:
/>
Суммарная нестабильность:
/>
или в процентах:
/>
7.2 Выбор и расчет выпрямителя напряжения
Исходные данные для расчета:
Напряжение на входе выпрямителя />
Напряжение на выходе />
Максимальный ток нагрузки />
Минимальный ток нагрузки />
Определяем допустимые пульсации напряжения на выходе стабилизатора:
Напряжение пульсаций на выходе стабилизатора:
/>
где/> — напряжение на выходе источника питания;
/> — допустимый коэффициент пульсации на выходе измерителя;
Напряжение пульсаций на входе стабилизатора:
/>
Допустимый процент пульсаций на выходе стабилизатора:
/>
Выбираем двухполупериодную схему выпрямителя с питанием от трансформатора со средней точкой. Определяем средний ток и допустимое обратное напряжение:
/>
Выбираем выпрямительный мост КЦ407А. Его параметры:
Максимальное обратное напряжение />
Максимальный средний ток />/>/>
7.3 Выбор и расчет трансформатора
Сопротивление вторичной обмотки:
/>,
где /> — напряжение на входе стабилизатора;
/> — ток нагрузки (/>).
Напряжение на вторичной обмотке:
/>,
где /> — сопротивление диода.
/>
/>
Ток вторичной обмотки:
/>
Ток первичной обмотки:
/>
где/> — напряжение на первичной обмотке.
Определяем емкость конденсатора сглаживающего фильтра:
/>
Емкость определяется для двух последовательно соединенных конденсаторов:
/>
Принимаем по ряду Е24 />
Определяем габаритную мощность для двухполупериодного выпрямителя:
/>
По полученной габаритной мощности выбираем магнитопровод. Параметрами для выбора являются произведением площади сердечника на площадь окна:
/>;
По полученному значению из таблицы Ш-образных пластин выбираем магнитопровод Ш18. Его параметры:
Ширина перегородки а=1,8см;
Ширина окна в=0,9см;
Высота окна h=2,7см;
Площадь окна />
Находим минимальную площадь сечения:
/>
Необходимая толщина пакета пластин:
/>
Проверка получения реальных габаритов:
/>
Полученная цифра принадлежит интервалу />.
Определяем число витков первичной обмотки:
/>
Число витков вторичной обмотки:
/>
Определяем диаметр проводов:
Первичной обмотки: />;
Вторичной обмотки: />;
Подбираем по справочнику провода марки ПЭЛ: />/>
Окончательная схема источника питания приведена на рисунке 14.
/>
Рисунок 14 — Источник питания
8. Проверка общей погрешности
1) Погрешность ПСН: 0,015%;
2) Погрешность источника тока для ПСН: 0,031%;
3) Погрешность измерительного усилителя: 0,0306%
4) Погрешность фильтра: 0,0015%;
5) Погрешность ПНТ: 0,0658%;
6) Погрешность от синфазной помехи: 0,01%
7) Суммарная погрешность:
/>
Заключение
В данной курсовой работе было необходимо разработать измерительную часть системы автоматического управления.
В ходе выполнения работы были выполнены расчеты преобразователей температуры в напряжение и напряжения а ток, расчет измерительного усилителя и фильтра низкой частоты, а также источника стабильного тока для ПСН и источника питания всей схемы. Были предусмотрены меры для снижения синфазной помехи, а именно в измерительном усилителе был использовании дифференциальный усилитель на ОУ с высоки КОСС, а также для окончательного снижения синфазной помехи до уровня, который уже не страшен, был использован фильтр низкой частоты.
Первоначальное распределение погрешности по узлам схемы оказалось неточным, из-за того, сто в ПНТ был добавлен делитель напряжения. На который пришлось почти 50% всей погрешности.
В результате работы суммарная погрешность с учетом влияния синфазной погрешности составила 0,1539% при допустимой по заданию 1%
Также была добавлена возможность подстройки всей схемы при помощи переменного резистора в ПНТ.
Список использованных источников
А.А. Сазанов и др. «Микроэлементные устройства в автоматике» — М.: Энергоиздат. 1991г.
В.С. Гутников «Интегральная электроника в измерительных устройствах» — Л.: Энергоатомиздат. 1988г.
А.Дж. Пейтон, В. Волш «Аналоговая электроника на операционных усилителях» — М.: БИНОМ, 1994г.
А.Л. Булычев и др. «Аналоговые интегральные схемы: Справочник» — Минск: Беларусь, 1993г.
М.В. Гальперин. «Практическое схемотехника в промышленной автоматике» — М.: Энергоатомиздат, 1987г.