Комплекс электронных стрелочных измерительных приборов

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Исходные данные

Задание: разработать комплекс электронных стрелочных измерительных приборов.

Электронный вольтметр:

Предел измерения: 0,1В; 0,5В; 1В

Вид измеряемого сигнала: =/~

Входное сопротивление, не менее: 5 МОм

Тип источника питания: =/~

Тип индикатора: стрелочный

Амперметр:

Предел измерения: 0,001А; 0,005А; 0,01А

Вид измеряемого сигнала: =/~

Внутреннее сопротивление, не менее: 0,5 МОм

Тип источника питания: =/~

Тип индикатора: стрелочный

Омметр:

Предел измерения: 0,1кОм

Вид шкалы прибора: “линейная”

Тип источника питания: =/~

Тип индикатора: стрелочный

Источник питания:

Номинальное напряжение питающей сети: 220В

Номинальное выходное напряжение: ±15В

Коэффициент пульсаций, не более: 0,5%

Тип автономного источника питания: аккумуляторная батарея

Индикатор:

Ток полного отклонения стрелки: 50 мкА

Сопротивление катушки: 3 кОм



Содержание

Введение

1. Электронный вольтметр

1.1 Электронный вольтметр постоянного тока

1.2 Электронный вольтметр переменного тока

2. Электронный амперметр

2.1 Электронный амперметр постоянного тока

2.2 Электронный амперметр переменного тока

3. Электронный омметр

4. Источник питания

4.1 Расчёт трансформатора

4.2 Сглаживающие фильтры

4.3 Стабилизатор напряжения

4.4 Выпрямитель

Заключение

Список использованной литературы



Введение

Мультиметр - это комбинированный измерительный прибор, предназначенный для измерения нескольких электрических величин. В самом минимальном наборе - это амперметр, вольтметр и омметр. Именно такой набор величин могли измерять самые первые мультиметры, благодаря чему в России они изначально назывались АВОметры (Амперо-Вольт-Ом-метр в сокращенном варианте). Однако сегодня эти приборы позволяют проводить гораздо больше количество измерений и в такой минимальной "комплектации" практически не встречаются. Современные мультиметры могут представлять собой как небольшой переносной компактный прибор, так и сложное стационарное устройство с множеством функций.

В зависимости от способа отображения информации, мультиметры можно разделить на 2 группы: цифровые и аналоговые.

Цифровые мультиметры

Результат измерений в таких мультиметрах отображается на цифровом табло. Большая часть современных мультиметров выпускается именно в цифровом исполнении. Некоторые такие приборы можно подключать к компьютеру, чтобы получать результаты измерений и управлять их работой. Цифровые мультиметры могут иметь разрядность от 2,5 (точность около 10%) цифровых разрядов до 5 и выше. Однако наибольшее распространение получили мультиметры с разрядностью 3,5 (точность в районе 1%).

Аналоговые мультиметры

В таких мультиметрах результат измерений демонстрируется при помощи классической шкалы со стрелкой. Они и сейчас сохраняют свою актуальность, потому что, в отличие от цифровых мультиметров, могут работать при наличии сильных радиопомех.

Мультиметры могут производить следующие действия:

- измерение сопротивления;

- измерение силы тока;

- измерение напряжения;

- измерение емкости;

- измерение частоты;

- измерение индуктивности;

- прозвонка цепи;

- тестирование диодов и транзисторов;



1. Электронный вольтметр переменного тока

1.1 Электронный вольтметр постоянного тока

Электронный вольтметр с высоким входным сопротивлением можно построить на основе неинвертирующего усилителя. Измерительный прибор подключается к измерительным цепям через буферный усилитель с высоким входным сопротивлением. Поэтому входное сопротивление вольтметра определяется практически входным сопротивлением усилителя. Кроме того, поскольку измерительный прибор отделен от измерительных цепей буферным усилителем и не влияет на режим работы цепи, в которой производятся измерения, то требования к нему можно существенно снизить.

На рис 1.1. показана структурная схема аналогового электронного вольтметра, которая содержит четыре основных блока: аттенюатор, буферный усилитель, измерительный преобразователь и индикатор.

Рис 1.1 Структурная схема аналогового электронного вольтметра.

Измеряемое напряжение подается на аттенюатор, который обеспечивает приведение входного сигнала к определенному единому уровню, приемлемому для буферного усилителя. Измеряемый сигнал, преобразованный до уровня, соответствующего рабочему диапазону буферного усилителя, поступает на вход этого усилителя.

Основой аттенюатора является резистивный делитель напряжения. Так как прибор должен иметь нескольких пределов измерения, то делитель необходимо выполнить с тремя отпайками для получения соответствующих коэффициентов деления.

Поскольку делитель напряжения практически не нагружен (входное сопротивление буферного усилителя очень велико), то делитель можно выполнить на основе больших сопротивлений, что обеспечивает высокое входное сопротивление вольтметра.

Буферный усилитель, с большим входным сопротивлением, служит для согласования входных цепей вольтметра с измерительным преобразователем. Он может быть выполнен по схеме неинвертирующего усилителя.

Измерительный преобразователь предназначен для формирования интегрального (среднего или действующего) значения измеряемого сигнала. Сформированное им интегральное значение отображается индикатором. Шкала индикатора градуируется в действующих значениях сигнала. Используем среднеквадратичный измерительный преобразователь, так как в этом случае градуировка шкалы справедлива как для постоянных входных сигналов, так и для переменных входных сигналов любой формы. Обозначение типа измерительного преобразователя должно быть нанесено на шкалу прибора.

Схема электронного вольтметра, содержащего все перечисленные узлы, приведена на рис 1.2. Переключатель диапазонов измерения представляет собой делитель напряжения, построенный на резисторах R1, R2, R3, и R0. Поскольку входное сопротивление неинвертирующего операционного усилителя можно считать в данных условиях бесконечно большим, то входное сопротивление вольтметра - равным полному сопротивлению делителя напряжения.

Сигнал с выхода буферного усилителя подается на вход аналогового электромеханического вольтметра, который в этом приборе является как измерительным преобразователем, так и индикатором.

Так как входное сопротивление буферного усилителя можно считать бесконечно большим, то эквивалентное входное сопротивление вольтметра можно определить так [4]:



(1.1)

Принимая во внимание возможность замыкания на землю входных цепей ОУ при его повреждении, с целью ограничения входного тока вольтметра при этом целесообразно принять . Тогда сумма должна быть не менее 4МОм.

Рис 1.2 Функциональная схема электронного вольтметра.

При этих значениях параметров максимальное значение падения напряжения на выходе делителя (аттенюатора) для первого диапазона измерений [4]:

В, (1.2)

где - предельное значение измеряемого напряжения первого диапазона (0,1 В).

Максимальные значения падения напряжения на выходе делителя для всех диапазонов измерений должны быть равны [4]:

. (1.3)

Применяя принцип деления напряжения для соответствующих диапазонов измерений можно записать [4]:

В; (1.4)

В, (1.5)

где и - соответственно, предельные значения измеряемого напряжения второго и третьего диапазонов (0,5В и 1В).

Из этих выражений определяются значения сопротивлений делителя :

МОм; (1.6)

МОм; (1.7)

МОм; (1.8)

МОм; (1.9)

В итоге можно принять: ; ; .

Учитывая, что диапазон изменения выходного напряжения наиболее распространенных ОУ при типовом значении напряжения питания ±15В должен включать в себя значения от -10В до +10В, несколько произвольно можно установить предел измерения напряжения измерительного преобразователя (стрелочного вольтметра постоянного тока) . Тогда требуемое входное сопротивление измерительного преобразователя [4]:

. (1.10)

Отсюда определяется добавочное сопротивление измерительного преобразователя [4]:

(1.11)

Коэффициент усиления буферного усилителя по напряжению должен составлять [4]:

Для неинвертирующего усилителя [2]:

. (1.13)

Отсюда:

. (1.14)

Учитывая то, что выходные токи большинства ОУ интегрального исполнения не должны превышать 5мА, можно принять .Тогда:



Oм. (1.15)

Для компенсации разброса параметров элементов при настройке прибора сопротивление целесообразно выполнить в виде цепочки из последовательно соединенного постоянного и переменного резисторов. Например, .

Ток, потребляемый вольтметром постоянного тока, составляет [3]:

. (1.16)

Так как ОУ очень мало, то его значением можно пренебречь.

1.2 Электронный вольтметр переменного тока

Вольтметр переменного тока предназначен для измерения интегральных значений переменных сигналов. Наиболее часто требуется измерять действующее значение напряжения. Для этого обычно используются измерительные преобразователи, непосредственно формирующие величину, пропорциональную действующему значению напряжения, или измерительные преобразователи выпрямительного типа.

Для выпрямления измеряемых переменных сигналов в приборе используется прецизионный выпрямитель, схема которого изображена на рис 1.3.



Рис 1.3 Схема прецизионного выпрямителя.

Положительный входной сигнал усиливается и инвертируется ОУ DA1. Под действием отрицательного выходного сигнала ОУ DA1 открывается диод VD1 и точка a соединяется с выходом ОУ DA1 и с входом DA2 через резистор R/2. Отрицательный сигнал в точке a усиливается вдвое и инвертируется ОУ DA2. Вместе с этим на вход DA2 через резистор R с входа выпрямителя поступает положительный сигнал, который инвертируется ОУ DA2 без усиления. В результате суммирования на выходе DA2 формируется положительный сигнал, равный входному. При отрицательном входном сигнале диод VD1 закрыт, а VD2 замыкает цепь обратной связи ОУ DA1 и напряжение в точке а близко к нулю. На вход DA2 поступает только отрицательный входной сигнал, который инвертируется, и на выходе DA2 формируется положительный сигнал, равный по модулю входному.

Примем R=10кОм, тогда R/2=5кОм.

Объединив схемы выпрямителя и вольтметра постоянного тока, мы получим схему вольтметра переменного тока, которая изображена на рис 1.4.



Рис 1.4. Функциональная схема электронного вольтметра переменного тока



2. Электронный амперметр

2.1 Электронный амперметр постоянного тока

Производить обработку сигналов в электронных приборах наиболее удобно в виде напряжения. Поэтому измеряемый ток в электронном амперметре необходимо предварительно преобразовать в напряжение. Схема преобразователя ток-напряжение, выполненного на ОУ, приведена на рис 2.1. Здесь можно допустить, что входной ток равен току в резисторе R обратной связи, т.к. входной ток ОУ практически равен нулю. Поэтому выходное напряжение преобразователя [4]:

. (2.1)

В линейном режиме работы ОУ выходное напряжение ОУ в Ку раз больше, чем падение напряжения между инвертирующим и неинвертирующими входами ОУ. Учитывая, что Кy (коэффициент усиления ОУ по напряжению) может составлять несколько десятков тысяч, можно считать потенциал инвертирующего входа ОУ равным нулю. В реальных условиях действительное значение входного сопротивления преобразователя ток-напряжение зависит от значений сопротивления резистора обратной связи R и реального коэффициента усиления ОУ.

Рис 2.1 Схема преобразователя ток - напряжение выполненного на ОУ.

Предполагаем, что коэффициент усиления операционного усилителя К140УД2А при разомкнутой цепи обратной связи 4000. На основании закона Ома сопротивление резистора обратной связи [4]:

R= U ВЫХ М/ i ВХ М , (2.2)

где U ВЫХ М и i ВХ М - максимальное выходное напряжение ОУ и максимальное значение измеряемого тока.

Выбрав U ВЫХ М = 10 В и подставив его в (2.2) будем иметь:

R=10/0.01= 1000 Ом.

Так как прибор должен иметь три диапазона измерений: 0,001А; 0,005А; 0,01А, то, чтобы прибор не сгорел, требуется рассчитать соответствующие шунты. Зная , будем иметь [4]:

Добавочное сопротивление измерительного преобразователя, как и в предыдущем случае, можно принять равным .

Рис.3.2 Функциональная схема электронного амперметра постоянного тока.

2.2 Электронный амперметр переменного тока

Амперметр переменного тока предназначен для измерения интегральных значений переменных сигналов. Наиболее часто требуется измерять действующие значения. Для этого обычно используются измерительные преобразователи выпрямительного типа.

Для выпрямления измеряемых переменных сигналов в приборе используем прецизионный выпрямитель, схема которого изображена на рис 2.3.

Рис 2.3 Схема прецизионного выпрямителя.

Положительный входной сигнал усиливается и инвертируется ОУ DA1. Под действием отрицательного выходного сигнала ОУ DA1 открывается диод VD1 и точка a соединяется с выходом ОУ DA1 и с входом DA2 через резистор R/2. Отрицательный сигнал в точке a усиливается вдвое и инвертируется ОУ DA2. Вместе с этим на вход DA2 через резистор R с входа выпрямителя поступает положительный сигнал, который инвертируется ОУ DA2 без усиления. В результате суммирования на выходе DA2 формируется положительный сигнал, равный входному. При отрицательном входном сигнале диод VD1 закрыт, а VD2 замыкает цепь обратной связи ОУ DA1 и напряжение в точке а близко к нулю. На вход DA2 поступает только отрицательный входной сигнал, который инвертируется, и на выходе DA2 формируется положительный сигнал, равный по модулю входному.

Примем R=10кОм, тогда R/2=5кОм.

Объединив схемы выпрямителя и амперметра постоянного тока, мы получим схему амперметра переменного тока, которая изображена на рис 2.4. Параметры амперметра переменного тока остаются такими же, как и для амперметра постоянного тока.

Рис 2.4 Функциональная схема электронного амперметра переменного тока .

Ток, потребляемый амперметром переменного тока, составляет [3]:

Так как ОУ очень мал, то его значением можно пренебречь



3. Электронный омметр

Если на вход преобразователя ток-напряжение поступает постоянный ток, то его выходное напряжение пропорционально сопротивлению резистора Roc обратной связи (рис 3.1.), [4]:

.

Здесь и - соответственно выходное и входное напряжение инвертирующего усилителя; и - сопротивления, образующие цепи обратной связи.

Рис 3.1 ОУ с обратной связью.

Следовательно, преобразователь на ОУ можно легко приспособить для измерения сопротивлений.

В соответствии с законом Ома входной ток преобразователя [4]:

А,

где RХМ - максимальное измеряемое сопротивление (0,1 кОм).

Поскольку потенциал инвертирующего входа фактически равен нулю, этот ток определяется э.д.с. источника питания ЕХ и сопротивлением резистора R1. Выбрав ЕХ = 15В, можно определить сопротивление резистора [4]:

Ом

Рис 3.2 Схема электронного омметра.

Ток, потребляемый омметром, составляет [3]:



4. Источник питания

Подавляющее большинство электронных устройств требует стабилизированного питания от источников постоянного тока.

В полном смысле источниками постоянного тока являются только химические источники, т.е. аккумуляторные батареи и гальванические элементы. Их использование в электронных приборах не всегда возможно и целесообразно из-за ограниченной энергоёмкости и высокой стоимости.

Поэтому постоянное напряжение для питания электронных устройств наиболее часто получают путем трансформирования и последующего выпрямления переменного напряжения сети. Полученное таким образом напряжение, как правило, имеет значительные пульсации и изменяется в зависимости от нагрузки и колебаний напряжения сети. Для снижения колебаний и пульсаций напряжения используются специальные стабилизаторы напряжения, которые компенсируют эти изменения напряжения.

Наиболее часто источники питания электронных устройств получают питание от однофазной или трехфазной сети переменного тока с номинальным напряжением 220ч380 В. Иногда для питания измерительных приборов используется оперативная сеть переменного тока с номинальным напряжением 100 В.

Структурная схема стабилизированного источника питания показана на рис 4.1. Преобразование уровня напряжения и гальваническое разделение питающей сети и выходных цепей источника осуществляется, как правило, с помощью понижающих трансформаторов.

Рис 4.1 Структурная схема источника питания.



Для получения постоянного напряжения используются полупроводниковые выпрямители на основе полупроводниковых диодов и сглаживающие ёмкостные фильтры.

Сглаживающие фильтры при правильном выборе параметров позволяют существенно снизить пульсации выходного напряжения, но не позволяют избавиться от медленных колебаний выходного напряжения при изменении нагрузки и колебаниях напряжения в питающей сети. Стабильное напряжение на выходе источника питания можно получить с помощью стабилизатора.

4.1 Расчет трансформатора

Расчет трансформаторов источника питания начинается с определения его вторичной мощности [4]:

S2 = k3 * (U2,1 * I2,1+ U2,2 * I2,2)=18*0,5+18*0,5=18 ВА.

Здесь U2,1,U2,2 и I2,1,I2,2 - вторичные напряжения и вторичные токи трансформатора; k3 - коэффициент запаса.

По известной вторичной мощности определяется первичная мощность трансформатора [4]:

измерительный вольтметр усилитель трансформатор

S1 = S2 / з = 18/0.835=21.55 ВА,

где з - к.п.д. трансформатора.

Площадь поперечного сечения сердечника (мм2) трансформатора стержневого типа можно определить по следующей эмпирической формуле [4]:

мм2

где k - постоянный коэффициент, который принимается равным 6ч8; f - частота тока в сети. С учетом изоляции листов стали сердечника, которая увеличивает площадь сечения сердечника на 10%, будем иметь [4]:

QС = 1,1*278,532 = 306,385 мм2

Площадь поперечного сечения сердечника трансформатора может быть выражена через его размеры [4]:

Qc = а * b,

где а - ширина пластин; b - толщина пакета пластин. Высоту стержня сердечника трансформатора обычно связывают с шириной пластины [4]:

HC=(2,5ч3,5) * а.

Соотношение размеров сердечника должно быть таким:

b/а = 1,2ч1,8.

Ширина окна сердечника принимается, исходя из расчетов по формуле:

с = HC/m ,

где m - коэффициент, определяющий наивыгоднейшие размеры окна сердечника (m = 2,5ч3).

Подставив численные значения в формулы (4.6) - (4.8) получим:

а = 15 мм;

НС = 3 * 15= 45мм;

с = 45 / 3 = 15мм;

b = 21 мм.

Тогда, фактическое значение площади поперечного сечения сердечника по формуле (4.5):

QC = а * b = 15 * 21= 315 мм2.

Площадь поперечного сечения ярма сердечника QЯ принимается равной

(1,0ч1,15)QC:

QЯ=1,1QC=1,1*315=346,5 мм2

Площадь поперечного сечения проводов для первичной и вторичной обмоток определяется в зависимости от тока в соответствующей обмотке и допустимой плотности тока:

I1= S1 /U1;

s1 = I1/ j;

s2,1 = I2,1/j;

s2,2 = I2,2/j.

Здесь I1,. s1, s2,1, s2,2 - соответственно, ток и сечения проводов первичной и вторичной обмоток; j - плотность тока в обмотке.

Подставив численные значения в формулы (4.10) - (4.13) получим:

I1= S1 /U1=21,55/220=0,098 А;



Рассчитывается площадь поперечного сечения провода первичной и вторичных обмоток при плотности тока 4,35 А/мм2

s1 = I1/ j=0,098 /4,35=0,022 мм2;

s2,1= I2,1/j=0,5/4,35=0,115 мм2;

s2,2= I2,2/j=0,5/4,35=0,115 мм2.

Для обмоток выбирается обмоточный провод марки ПЭВ-1 круглого сечения по справочной таблице 2.2[1]. Диаметры проводов без учета изоляции: первичной обмотки - 0,17 мм; вторичной -0,4 мм. Диаметры проводов с учетом изоляции: первичной обмотки -0,2 мм; вторичной -0,44 мм.

Число витков соответствующих обмоток можно определить так [4]:

,

где Вс - максимальное значение индукции в сердечнике трансформатора. Для компенсации потерь напряжения в проводниках обмоток необходимо

увеличить число витков вторичных обмоток на 5ч10% относительно расчетного значения.

w2,1= 1,05w2,1=1,05*219=230 витков;

w2,2= 1,05w2,2=1,05*219=230 витков.

После определения основных параметров трансформаторов необходимо проверить возможность размещения обмотки в окне сердечника трансформатора. Эта возможность может быть оценена по коэффициенту заполнения окна сердечника трансформатора [4]:

K0 = QОБМ / QО ,

где

QОБМ =dП12 *w1 + dП2,12 *w2,1+ dП2,22 *w2,2

- площадь окна, занимаемая обмоткой; dП1, dП2,1 и dП2,2 -диаметры проводов первичной и вторичной обмоток с учетом изоляции; QО -площадь окна сердечника трансформатора [4]:

QО= НС*с=45*15=675 мм2 .

Подставив численные значения в формулы (4.19) - (4.21) получим:

QОБМ=0,22*2678 + 0,442 *230+0,442 *230=196,176 мм2 ;

Коэффициент заполнения окна сердечника для трансформаторов небольшой мощности должен составлять 0,2ч0,4.

K0= 196,176/675=0,29.

Это допустимое значение коэффициента заполнения окна сердечника подтверждает возможность размещения обмоток

4.2 Сглаживающие фильтры.

В источниках питания для электронных измерительных приборов, как правило, используются однофазные мостовые выпрямители, которые могут выполняться как на основе дискретных элементов, так и на основе диодных сборок.

В большинстве случаев переменная составляющая выпрямленного напряжения (пульсация), действующая на выходе выпрямителя, недопустимо велика для потребителей. Для уменьшения пульсаций между выходом выпрямителя и нагрузкой включается сглаживающий фильтр.

Наиболее широко применяются сглаживающие фильтры, состоящие из резистора и конденсатора - типа RC (рис 4.2).

Рис 4.2 Схема сглаживающего фильтра

Сглаживающие фильтры характеризуются коэффициентом сглаживания q, который можно представить как отношение амплитуды первой гармоники пульсации на входе фильтра UФВХ к амплитуде первой гармоники пульсации на выходе фильтра [2]:

UФВЫХ: q = UФВХ / UФВЫХ.

Для однозвенных фильтров q = 3ч16.

Сглаживающие RC-фильтры имеют приемлемые для электронной техники малые габаритные размеры, массу и стоимость, но низкий к п.д. (обычно составляет 0,6ч0,8), что делает их применение целесообразным при небольших выпрямленных токах.

Сопротивлением резистора R обычно задаются в пределах 0,15ч0,5 сопротивления нагрузки.

При расчете параметров, зная коэффициент сглаживания фильтра q, определяют произведение R*С и из него находят емкость конденсатора. При частоте питающей сети 50 Гц R*С =3 * 103 * q/m. Тогда, С = (3 * 103 * q) /(m * R), где С - емкость конденсатора в микрофарадах; m - число пульсаций за период, которое принимается равным 2 для однофазных мостовых схем выпрямления [2]:

R* С =3 * 103 * q/m=3 * 103 * 5/ 2= 7500 Ом * мкФ;

l=2* (a + b) * w2,1=2(15+21) * 230=1,656 * 10-4 м;

R=с * l/S=1,75 * 10-8 * 1,656 * 10-4/ 0,115 * 10-6= 2,52 Ом;

С = R* С / R =7500/2,52 =2976 мкФ.

Значение емкости конденсатора выбирают по справочнику из стандартного ряда. Можно выбрать конденсатор типа К50-24 3000 мкФ с номинальным напряжением 16 В.

4.3 Стабилизатор напряжения

Основой стабилизаторов постоянного напряжения, как правило, являются полупроводниковые стабилитроны. Благодаря особой форме их вольтамперных характеристик удается получить стабильное выходное напряжение в достаточно широком диапазоне изменения тока стабилитрона.

Для обеспечения допустимого режима работы стабилитрона последовательно с ним включается ограничительное сопротивление RО. Его выбирают исходя из условия: ток стабилитрона во всех режимах работы стабилизатора не должен выходить за пределы рабочего диапазона стабилитрона - от минимального тока стабилизации IСТMIN до максимального тока стабилизации стабилитрона IСТMAX.

Иногда с целью уменьшения влияния температуры окружающей среды на выходное напряжение стабилизатора последовательно со стабилитроном включают диод VD3 или точно такой же стабилитрон, но включенный в противоположном направлении (VD2). В последнем случае стабилитрон работает на прямой ветви вольтамперной характеристики (т.е. как диод).

Сопротивление нагрузки стабилизатора RН должно быть много меньше ограничительного сопротивления.

Ограничительное сопротивление можно определить так [4]:

R0=( UВХ- UСТ)/[( IСТMAX- IСТMIN)/2].

Здесь UВХ и UСТ - входное и среднее выходное напряжения стабилизатора.

Если сопротивление нагрузки соизмеримо с ограничительным сопротивлением, то ограничительное сопротивление выбирается с учетом тока в нагрузке.

Качество работы стабилизаторов оценивается количественно по коэффициенту стабилизации, который представляет собой отношение относительного значения диапазона отклонения входного напряжения и соответствующего относительного значения изменения напряжения на выходе стабилизатора [4]:

KСТ = (ДUВХ / UВХ)/( ДUВЫХ / UСТ),

где ДUВХ и ДUВЫХ - отклонение напряжения на входе и выходе стабилизатора

Для увеличения стабилизируемого напряжения стабилитроны могут быть включены последовательно. Параллельное включение стабилитронов недопустимо.

Нагрузочные характеристики стабилизатора можно улучшить, если параметрический стабилизатор дополнить электронным повторителем напряжения (рис 4.3).

Рис 4.3 Параметрический стабилизатор с электронным повторителем напряжения

В этом стабилизаторе ток нагрузки отделен от тока ограничительного сопротивления, поэтому при изменении нагрузки режим работы стабилитрона не изменяется и напряжение на базе транзистора остается практически неизменным. Следовательно, напряжение на эмиттере транзистора (т.е. выходное напряжение эмиттерного повторителя) также практически не изменяется, что обеспечивает значительное повышение коэффициента стабилизации.

Исходные данные для расчёта:

- номинальное значение выходного напряжения Uвых=15 В;

- минимальный ток нагрузки Iнmin=50мА;

- максимальный ток нагрузки Iнmax=150 мА;

- коэффициент стабилизации kст=3;

- коэффициент пульсации на входе стабилизатора kпвх=0,05

-относительное отклонение напряжения сети в сторону понижения amin=0,09;

- относительное отклонение напряжения сети в сторону повышения amax=0,1;

Выбираем стабилитрон VD1 - KC509A со следующими параметрами:

- напряжение стабилизации Uст=15В;

- предельные токи стабилизации Iстmin=0.5 мА; Iстmax=150 мА;

- дифференциальное сопротивление rст=15 Ом;

Уточняем выходное напряжение стабилизации Uвых=Uст=15 В.

Определяем максимальный коэффициент стабилизации [4]:

.

Определяем номинальное, минимальное и максимальное значения входного напряжения стабилизатора [4]:

Теоретически оба рассчитанных значения должны совпадать. В нашем случае

принимаем Uвх=50 В, получаем [4]:

Uвхmin=50*(1-0,09) =45,5 В;

;

Uвхmax=50*(1+0,1) =55 В.

Определяем сопротивление резистора R0 [4]:

;

.

Определяем мощность, рассеиваемую на резисторе R0 [4]:

Pro= Iстmax2*R=0.15*0.15*180=4 Вт.

Выбираем резистор с ближайшим меньшим номиналом на
соответствующую мощность: МЛТ-5 140 Ом.

Находим максимальный ток стабилитрона [3]:

;

Iст max = 0.2 А.

Убеждаемся, что рассчитанное значение тока меньше предельного значения, указанного в справочнике для данного типа стабилитрона.

Определяем максимальный ток, потребляемый от выпрямителя [3]:

;

I0 = 0,25 А.

4.4 Выпрямитель

В качестве выпрямителя выбираем диоды типа КД128А, соединенные по мостовой схеме.

Технические данные диодов КД128А.

1. Постоянное обратное напряжение - 50 В.

2. Постоянный или прямой ток - 160 мА.

Эксплуатационные данные диодов соответствуют расчетным данным для проектируемого блока питания.



Рис 4.4 Функциональная схема источника питания.



Заключение

Разработанный комплекс электронных стрелочных измерительных приборов является компактным переносным устройством для измерения токов до 0,01А, напряжений до 1В, сопротивлений до 0.1 кОм, который может работать от питающей сети 220 В.

Спроектированный электронный измерительный прибор имеет следующие преимущества по сравнению с электромеханическими приборами:

Малое потребление энергии из цепи, в которой производят измерение, что, определяется высоким входным сопротивлением электронных измерительных приборов.

Недостатки:

Необходимость в источнике питания, входящем в прибор.



Список использованных источников

1. Информационно - измерительная техника и электроника: Методические указания к практическим занятиям. - Вологда: ВоГТУ, 2004.-44с.

2. Информационно-измерительная техника и электроника / Г. Г. Раннев, В. А. Сурогина, В. И. Калашников [и др.]; под ред. Г. Г. Раннева. - М.: Академия 2006. - 512 с.

3. Справочная книга радиолюбителя-конструктора: в 2-х книгах. Кн.1/ А.А. Бокуняев, Н. М. Борисов, Е. Б. Гумеля и др.: Под ред. Н. И. Чистякова. - 2-е изд., исправ. - М.: Радио и связь,1993.-336с.

4. Хоровиц П. Искусство схемотехники: Пер. с англ./П. Хоровиц, У. Хилл - М.: Мир, 1998. - 704с.

5. Титце, У. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство: Пер. с нем./ У. Титце, К. Шенк - М.: - Мир, 1982. - 512с.

Размещено на Allbest.ru