Подберем номинальное значение резисторов

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу студента ______ Гавриченко Вячеслав _________________ Сергеевич _________________________________________________(ФИО студента)

1. Тема курсовой работы: ______ Розработка преобразователя _______________ сопротивления ___ температурного резистивного датчика в __________________ ток _________________________________________________________________

2. Скрое сдачи курсового проекта _ 12.05.2015 __

3. Техническое задание ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Содержание расчетно-графической записки:

· Получение задания, конкретизация технических требований, разрешение возможных технических и организационнх противоречий;

· Составление и согласование календарного плана, утверждени задания;

· Анализ задания, подбор и изучение литературы со схемо-тенхничными и функциональными аналогами проектированного прибора;

· Розработка структурной схемы, выбор и объяснение схемо-технических методов реализации прибора;

· Розработка принципиальной электрической схемы, объяснения выбора элементной базы, выполнение расчетов электрических и тепловых режимов работы;

· Конструктораская обработка приборов, выбор способа монтажа и конструктивов, розработка схемы размещения элементов;

· Оформление проектной документации;

· Подготовка и защита курсовой работы.

5. Дата выдачи задания «___» _____________20___г.

Студент_______________________________________

(подпись) (ФИО студента)

Руководитель__________________________________

(подпись) (ФИО студента)

СОДЕРЖАНИЕ

2. ВВЕДЕНИЕ

3. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

4. ПРОСМОТР ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПО ЗАДАННОЙ ТЕМЕ

5. ВЫБОР И ОБЪЯСНЕНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ ПРИБОРА

6. ВЫБОР КОМПЛЕКТУЮЩИХ И ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ

7. РОЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНЫХ СХЕМ УЗЛОВ И БЛОКОВ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ ПРИБОРА

8. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРОННЫХ БЛОКОВ. ОЦЕНКА ЗАДАННОЙ ТОЧНОСТИ И СТАБИЛЬНОСТИ

9. ОПИСАНИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, ВВЕДЕННЫХ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ И НАСТРОЙКИ ПРИБОРОВ

10. ВЫВОДЫ

11. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

12. ДОПОЛНЕНИЯ

Электро́ника (от греч. Ηλεκτρόνιο — электрон) — наука о взаимодействии электронов с электромагнитными полями и методах создания электронных приборов и устройств для преобразования электромагнитной энергии, в основном для приёма, передачи, обработки и хранения информации.

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП, англ. Analog-to-digital converter, ADC) — устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в дискретный код (цифровой сигнал).

Аналого-цифровые преобразователи(АЦП) представляют собой устройства, предназначенные для преобразования электрических величин (напряжения, тока, мощности, сопротивления, емкости и др.) в цифровой код. Наиболее часто входной величиной является напряжение. Все другие величины перед подачей на АЦП необходимо преобразовать в напряжение.

В общем случае напряжение характеризуется мгновенным значением U(t) или средним за выбранным промежуток времени Т значением:

В связи с этим все типы АЦП можно разделить на две группы: АЦП мгновенных значений напряжения. Так как операция усреднения предполагает интегрирования напряжения, то АЦП средних значений.

Преобразование напряжения в цифровой код требует использования трех независимых операций: дискретизации, квантования, кодирования.

В настоящее время существуют различные преобразователи физических величин, например: напряжения в ток, сопротивления в постоянное напряжение, частоты в напряжение.

Преобразователи одной величины в другую широко применяются в радиоэлектронике, микроэлектронике и системах сбора и обработки данных. При построении таких преобразователей используются операционные усилители. Это позволяет значительно увеличить выходное сопротивление схемы, тем самым, уменьшив влияние на работу последующих звеньев.

ВЫБОР И ОБЪЯСНЕНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ ПРИБОРА

Простейшим преобразователем сопротивления в ток может быть источник опорного напряжения, к которому подключается преобразуемое сопротивление.

Рассмотренный метод, не включает в себя каких либо ограничений по допустимым пределам тока, проходящего через измеряемое сопротивление и номинального выходного тока. Для обеспечения Прямой зависимости сопротивление – ток (I = K*R) c коэффициентом пропорциональности K необходимо использовать другие методы преобразования.

Преобразование сопротивления в ток, возможно, провести в две стадии:

· Преобразование сопротивления в напряжение.

· Преобразование напряжения в ток.

В этом случае будет возможно ввести ограничений по номинальному выходному току и току через измеряемое сопротивление.

Функциональная схема преобразователя состоит из трех блоков, первый блок преобразует сопротивление в напряжение, последний - напряжение в ток. В промежуточном блоке напряжение усиливается до необходимого значения.

Рис. 2 Функциональная схема преобразователя сопротивления в ток

Преобразователь сопротивление – напряжение позволяет при заданном токе, через измеряемое сопротивление, получить пропорциональное этому сопротивлению значение напряжения. Для преобразования сопротивления в напряжение можно использовать усилитель с токовым выходом. Самые простейшие преобразователи напряжения в ток можно получить, используя усилитель, управляющий выходным транзистором. В качестве усилителя можно так же использовать операционный усилитель.

Усилитель напряжения должен иметь возможность для переключения коэффициента усиления для измерения сопротивления в двух пределах: 100 Ом и 1000 Ом.

Функциональная схема преобразователя:

Рис.3 функциональная схема преобразователя R-I

Опорное (стабильное) напряжение преобразуется в постоянный ток, ток проходит через измеряемое сопротивление, в результате чего на последнем падает напряжение. Падение напряжения на измеряемом сопротивлении усиливается и преобразуется в ток необходимой величины. В схеме предусмотрен переключатель для переключения диапазонов измеряемого сопротивления в пределах 0-100 Ом и 0-1000 Ом.

Разработка принципиальной схемы преобразователя.

Преобразователь сопротивление - напряжение

Основные узлы принципиальной схемы преобразователя:

I. Источник опорного напряжения

В качестве источника опорного напряжения выберем микросхему Analog devices - ADR280, которая имеет характеристики указанные в

таблице 1.

Таблица 1 характеристики ADR280

Выходное напряжение

1.2

Погрешность выходного напряжения (%)

Температурный дрейф напряжения смещения

5мкВ/C

Напряжение питания

+2.4 до +6.0

Ток потребления

16мкA

Выходной ток

100мкA

Выходной шум

2.2µV p-p

Температура окружающей среды (°C)

-40 to +85

Рисунок 4- Микросхема ADR280

II. Источник тока 250 мкА, для преобразования сопротивления в напряжение

Рисунок 5-источник тока на ОУ

Принцип работы такого источника следующий: операционный усилитель, охваченный отрицательной обратной связью, повторяет на своем инвертирующем входе напряжение, поданное на неинвертирующий вход. Поэтому ток через резистор R1:.

Операционный усилитель имеет малый входной ток (у идеального ОУ он вообще должен быть равен нулю), поэтому ток через резистор Rx.

Как видим, этот ток не зависит от величины Rx, поэтому рассмотренную схему можно рассматривать как источник тока, работающий на нагрузку Rx.

Имеется два основных ограничения при работе такими источниками тока:

Сумма падений напряжений на R1 и Rx не должна превышать максимального выходного напряжения ОУ (а это напряжение тесно связано с напряжением питания ОУ):

Выходной ток источника тока не может превышать выходного тока ОУ:

В соответствие с поставленной задечей ток через Rx не должен превышать 250 мкА., поэтому выбирается V2 и R2 так чтобы отношение V2/R1 не превышало 250 мкА.

V2 – Напряжение источника опорного напряжения

В качестве ОУ выберем микросхемы К153УД5 или К153УД501.

Микросхемы представляют собой прецизионные малошумящие ОУ с максимальным выходным напряжением ±10 В., большими коэффициентами усиления и подавления синфазной составляющей, низкими дрейфом напряжения смещения нуля и чувствительностью к изменениям напряжения питания. Имеют защиту выхода от коротких замыканий.

Электрические параметры К153УД5:

Напряжение питания ±15±10% В.

Максимальное выходное напряжение ± 10 В.

Средний входной ток ≤ 250 нА.

Разность входных токов ≤ 30 нА

Ток потребления ≤ 5 мА.

Коэффициент влияния нестабильности источника питания на напряжение смещения нуля ≤ 35 мкВ/В.

Входное сопротивление 1 МОм.

Температурный дрейф напряжения смещения 7 мкВ/ºС.

Предельно допустимые режимы эксплуатации:

Напряжение питания ±(12…16,5) В.

Входное напряжение ± 4,5 В.

Сопротивление нагрузки ≥ 2 кОм

Питание преобразователя – ± 15 В.

III. Усилитель напряжения. В качестве этого узла выбран инструментальный усилитель INA114

Рисунок 6 – Инструментальный усилитель INA114

Коэффициент усиления – 1+50кОм/RG

Таблица 2 Характеристики INA114

Напряжение питания

От ±2.25 до ±18V

Температурный дрейф напряжения смещения

0.25мкВ/C

Температура окружающей среды

-40…+85 ºС.

Средний входной ток

2 нА

Источник тока – преобразователь напряжения в ток

Принципиальная схема источника тока была рассмотрена выше в п 1. Ток проходящий через нагрузку Rн зависит от питающего напряжения поступающего от усилителя напряжения.

Рисунок 7 -источник тока на ОУ

Рисунок 8 – преобразователь R-I

Питание ИОН:

Для предела Rx =1000 Ом:

Для предела Rx =100 Ом:

Уравнение преобразования:

Для предела Rx =1000 Ом

Для предела Rx =100 Ом:

Резисторы из серии С2-29В. У данных резисторов допуск 0.1%.

Подберем номинальное значение резисторов

Через Rx протекает ток с номинальным значением 250 мкА., сопротивление резистора – переменное с пределами 100 и 1000 Ом. Для того чтобы обеспечить ток 250 мкА. через преобразуемое сопротивление,

В задании указано:

Выберем R1 из серии С2-29В - 0.125Вт номинальным значением 4,93к-1%\"А"

R1 = 4,93 кОм.

Напряжение на Rx:

Для предела Rx =1000 Ом: = 1.2*1000/4930 = 0.24 В.

Для предела Rx =100 Ом: = 1.2*100/4930 = 0.024 В.

Сопротивлениями R2 R3 устанавливаем коэффициент усиления инструментального усилителя INA114.

Для предела Rx =1000 Ом:

Для предела Rx =100 Ом:

Выберем R2 из серии С2-29В - 0.125Вт 16к-0,1%\"А"

R2 = 16кОм.

Выберем R3 из серии С2-29В - 0.125Вт 1,27к-0,25%"А"

R3 = 1.27кОм.

Для предела Rx =1000 Ом:

При выборе резисторов необходимо чтобы выполнялось условие R3+R2>>Rx+R1. Напряжение должно обеспечить номинальный выходной ток 4 мА. через нагрузку Rn.

Для предела Rx =1000 Ом:

= 0.24 В

отсюда значение R4 = 247Ом.

Для предела Rx =100 Ом аналогично:

R4 = 242Ом

Выберем R3 из серии С2-29В - 0.125Вт 249-0,5%"А"

R4 = 249 Ом.

Для предела Rx =1000 Ом:

Для предела Rx =100 Ом: