Анализ и исследование схем преобразователей напряжение-частота
жүктеу/скачать 13,72 Mb.
|
analiz i issledovanie shem pre
| I1=UВХ/RЭ Для того чтобы источник входного напряжения UВХ можно было заземлять, заряд конденсатора фактически осуществляется током I, поступающим от источников тока (транзисторы VT1, VT2 и VT4), являющихся "зеркальным отражением" источника тока на транзисторе VT3; при этом I=I1. Транзистор VT4 включен по модифицированной каскадной схеме, благодаря чему источник тока обладает повышенным выходным сопротивлением, так что равенство токов I=I1 соблюдается лучше. С учетом этого
f=3UВХ/RЭCUП). (1.7) При максимальном входном управляющем сигнале 10 В и номиналах элементов, указанных на рис. 3,8,а, ток заряда легко можно регулировать от 10 мкА до 1 мА; при этом выходная частота f=103 UВХ, где f - в герцах, UВХ - в вольтах. На рис. 1.8,б приведены экспериментальные зависимости частоты и ее погрешности от управляющего напряжения. На верхней границе частотного диапазона (около 10 кГц) начинает сказываться время разряда t2, которое фактически не равно нулю, и частота становится меньше расчетного значения. На низкой частоте (около 100 Гц) коэффициенты усиления транзисторов падают, а токи смещения компаратора (выводы 2 и 6) снижают коэффициент преобразования напряжения в ток, при этом частота оказывается меньше вычисленного по формуле (1.7) значения. Последнее явление можно частично устранить регулировкой напряжения смещения ОУ. Для работы на более высоких частотах (до 100 кГц) лучше уменьшать емкость С (до 0,002 мкФ), чем сопротивление R3. В противном случае повысится погрешность на высоких частотах за счет увеличения отношения t2/t1. Приведенная на рис. 1.9 схема также построена на таймере, но имеет диапазон изменения частоты выходных импульсов от 0 до 10 кГц. При подаче отрицательного напряжения от 0 до 10 В на вход усилителя, включенного в режиме интегратора, его выходное напряжение начинает линейно увеличиваться до тех пор, пока не достигнет (2/3) Uп. В этот момент запускается таймер и напряжение на выходных выводах 3 и 7 становится близким к нулю. Включается полевой транзистор VT1, который быстро разряжает интегрирующий конденсатор С1. Так как время разряда постоянно (не зависит от входного напряжения), линейность преобразователя на высокой частоте будет ограничена. Для компенсации влияния времени разряда конденсатора в схеме используется RС-цепь, состоящая из резистора R5 и конденсатора СЗ, которая обеспечивает зависящую от частоты преобразователя задержку включения таймера по входу 2. Рис. 1.9. Преобразователь на таймере 1006ВИ1 с частотой выходных импульсов от 0 до 10 кГц Когда напряжение на этом входе становится равным (1/3) UП, происходит сброс таймера, при котором напряжения на его выходах достигают максимального значения. Транзистор VT1 выключается, и начинается следующий цикл. Так как время сброса преобразователя около 1 мкс, то в диапазоне 0-10 кГц нелинейность передаточной характеристики - не хуже 0,2 %. Если пренебречь временем сброса преобразователя, частота выходных импульсов f=3UВХ/(2UПR1C1)=103UВХ. Для достижения хорошей температурной стабильности следует использовать конденсатор С1 полистирольного типа. Регулировка нуля в схеме обеспечивается переменным резистором R3. В наихудшем случае при температуре +20°C напряжение смещения на входе ОУ равно 1,2 мВ, что соответствует смещению частоты выходных импульсов преобразователя на 1,2 Гц. Введение в схему резистора R7 и источника питания +5 В на выходе 7 таймера делают ее совместимой по уровням напряжения с цифровыми схемами ТТЛ и ДТЛ. При замене р-канального полевого транзистора n-канальным схема будет выполнять функцию преобразования напряжения положительной полярности в частоту. Основной причиной нелинейности характеристики преобразования и ограничения частоты выходных импульсов (fmax=10 кГц) является большое сопротивление канала полевого транзистора (около 150 Ом). Для расширения частотного динамического диапазона необходимо применять транзисторы с меньшим сопротивлением в открытом состоянии [5]. .5 Применение преобразователей напряжения в частоту На базе преобразователей напряжения в частоту строятся различные измерительные системы. На рис. 1.10 представлена схема преобразователя температуры в частоту с использованием в качестве преобразователя температуры диода VD2. Схема обеспечивает измерение температуры от 0 до 100°С с разрешающей способностью ±0,1°С; при этом погрешность измерений не превышает ±0,3°С во всем диапазоне. Операционный усилитель типа 153УД2 выполняет функции интегратора. Когда конденсатор емкостью 4300 пФ заряжается до -10 В, интегратор сбрасывается однопереходным транзистором VT1. Температурно-ком-пенсированный диод VD1 (6,2 В) формирует опорное напряжение, определяющее порог открывания однопереходного транзистора, обеспечивает стабилизацию опорных напряжений, соответствующих нулевому и максимальному значениям температуры, и задает ток 1 мА, протекающий через диодный преобразователь температуры VD2. Транзистор VT2 выполняет функцию согласования выходных импульсов с логическими ТТЛ-уровнями. Рис. 1.10. Схема для измерения температуры с помощью преобразователя напряжения в частоту Работа схемы основана на преобразовании напряжения в частоту. Напряжение на инвертирующем входе ОУ интегрируется до момента открывания транзистора VT1, через который происходит разряд конденсатора. Частота колебаний зависит от температуры, поскольку с изменением температуры меняется падение напряжения на диоде VD2 и соответственно на неинвертирующем входе интегратора. При калибровке схемы диод помещают в среду с температурой 100°С, после чего потенциометром R2 устанавливают частоту 1000 Гц. Затем диод охлаждают до 0°С и потенциометром R1 устанавливают частоту 0 Гц. Указанную процедуру повторяют 2-3 раза до тех пор, пока не будет исключено взаимное влияние регулировок. После калибровки схемы выходная частота в десять раз больше температуры (0-100°С) с погрешностью 0,3°С. Например, при температуре 37,5°С частотомер покажет 375 Гц. Выходную частоту можно измерить с помощью ТТЛ-счетчиков, и генератора напряжения прямоугольной формы с частотой 1 Гц. Это напряжение следует подать на базу транзистора VT2 через резистор сопротивлением 2,2 кОм, а выход полученной схемы подключить к ТТЛ-счетчикам. Схема преобразователя температуры в частоту с высокой точностью преобразования в широком диапазоне измеряемых температур приведена на рис. 1.11. Принцип работы преобразователя основан на сравнении тока, протекающего через температурный преобразователь R (терморезистор), с током разряда конденсатора С. На рис. 1.11. приведенная схема, в отличие от предыдущих, легко поддается регулировке. Как видно из упрощенной схемы преобразователя (рис. 1.12), последний состоит из трех основных узлов: термочувствительной схемы с резистором RT и цепью разряда конденсатора С, компаратора тока на ОУ (А1) и импульсной схемы управления работой коммутаторов S1 и S2. Когда уровень выходного напряжения управляющей схемы высокий, оба коммутатора включены и конденсатор заряжается до опорного напряжения UОП. Поскольку инвертирующий вход ОУ находится под потенциалом "кажущейся" земли, ток, протекающий через резистор R2, iR2= UОПR2 . Сопротивление R1 выбирается таким образом, чтобы ток iR2 был меньше суммы токов через терморезистор RT и резистор R1, т. е. жүктеу/скачать 13,72 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|