Преобразователь разности фаз в ток, страница 2

Проведем расчет, сколько максимум импульсов может быть насчитано. Для этого возьмем максимальный сдвиг по фазе – 180 градусов, что соответствует половине периода гармоники. Значит за 1с. счетчик насчитает ровно в 2 раза меньше импульсов, чем выработает, что соответствует  импульсов. Поскольку счетчик мы открываем лишь на 1/16с., то посчитано будет 125000 импульсов. Для того, чтобы записать это число в 2-ичном коде необходимо использовать 17-ти разрядное устройство. Но мы разобьём на 2 устройства, одно 5-ти, другое 12-ти разрядное. Таким образом счетчик Ст1 5-ти разрядный, значит, насчитав 31 импульс он переполнится и его 32й импульс будет направлен на 12-ти разрядный счетчик Ст2. Таким образом, на регистр максимальное число будет подаваться 4096, что означает, что поскольку на выходе системы мы имеем максимальный ток в 6 mA, значит каждому импульсу счетчика будет соответствовать 1 mkA, что в пределах допустимой погрешности.

3.4.  Таймер.

В процессе разработки преобразователя мы столкнулись с проблемой, которая заключалась в том, что при одной и той же разности фаз входных сигналов, но при разной их частоте, на выходе счетчика получалось разное число импульсов за один цикл системы. Эта проблема была решена, установкой таймера, поскольку если счетчик открыть на какой-то определенный промежуток времени, то вне зависимости от частоты входного сигнала, при одинаковой разности фаз, счетчик насчитает одинаковое число импульсов. Таймер работает на квантующих импульсах, но поскольку частота 4Мгц слишком высокая, то мы воспользовались программируемым делителем напряжения и путём деления на число 3906 мы получили частоту равную 1024Гц. Поскольку за 1с генератор выработает 4 миллиона импульсов, а значит, счетчикам придется высчитать 2 миллиона, а это число можно записать как минимум в двоичном коде 21-разрядным устройством, то мы подлеем секунду в 16 раз, выбрав счетчик на 6-разрядов. Таким образом, за 1с на счетчик Ст3 поступает 1024 импульса. Он, насчитав 63 импульса, переполняется, и своим 64-ым импульсом сбрасывает счетчики Ст1 и Ст2 в ноль и сам себя сбрасывает тоже в 0, и отсчет начинается заново.

 

Рис. 5. Таймер.

3.5.  Пуск.

Сигнал от нажатия на кнопку пуск отправляется на триггер, с выхода которого единица подается на логическое «И», на второй вход логического элемента подается квантующий импульс, и на выходе появляется логическая «1», которая сбрасывает триггер Т1 и все счетчики, после чего начинает система работать синхронно с генератором.

 

Рис. 6. Пуск.

3.6.  Источник тока.

Был выбран источник тока с цифровым входом на 12 разрядов и с выходным током 6 мА фирмы AnalogDevices.

Таким образом, принципиальная схема преобразователя будет иметь вид, представленный на рис. 7.

 

 

                          R                                                                              6 мА

                                   R

 

                           R

Рис. 7. Принципиальная схема преобразователя.

Таким образом, получили значения параметров схемы, приведённые в таблице 1.

Таблица 1

параметр		С	min	min	Iвых
номинал	2 кОм	6 нФ	5 mV	5 mV	6 мА

Для проектируемого преобразователя нужны точные резисторы с малым ТКС и допуском.

Поэтому выберем резисторы серии С2-29B, имеющие . Номиналы резисторов выбираются из ряда E192, допуск 0.5%.

Также требуются с большой скоростью нарастания сигнала.

Данным требованиям удовлетворяет ОУ 154УД2 с характеристиками:

Выберем транзисторы КП302А с малым током затвора .

Обобщим полученные данные в таблице 2.

                                                                                                                                    Таблица 2

Обозначение на схеме	Тип, номинал	Количество	Характеристики
Операционные усилители
ОУ	154УД2	2
Резисторы
	С2-29B 2 кОм	4	допуск 0.5%
Транзисторы
T1 , T2	КП302А	2
Регистр
Регистр	564ИР13	1	12-ти разрядный
Конденсаторы
С	NP0, 6 нФ	2	отклонение не более 1%
Счетчики
Ст1	561ИЕ19	1	5-ти разрядный
Ст2	1561ИЕ20	1	12-ти разрядный
Ст3	176ИЕ1	1	6-ти разрядный
Логический элемент
Две схемы И	561ИЕ19	1
Делитель частоты
f1/f2	K155ИЕ14	1	программируемый
Генератор
G	НС-49S, 4Мгц	1	Стабилизирован кварцем

1.  Расчёт погрешности преобразования.

В нашей системе погрешность зависит от того, насколько часто и точно будут вырабатываться импульсы. Частота вырабатывания импульсов генератора изначально выбиралась такой, чтобы погрешность не превышала 1%, не точность настройки генератора составляет 30Гц, что составляет меньше одной тысячной доли процента.

На вход источника тока подается максимальное число – 4096, что соответствует максимальному значению тока 6мА, значит, на 1 импульс приходится примерно 14мкА, что составляет тысячные доли процента.

Вывод: в результате выполнения данного курсового проекта был разработан преобразователь разности фаз в постоянный ток. Полученный преобразователь удовлетворяет требованиям, предъявленным в задании: номинальное значение выходного тока мА, измеряемая разность фаз меняется в пределах 0 – 180 градусов, частота входного сигнала в диапазоне 50Гц-20Кгц. Общая погрешность преобразователя также соответствует требованиям и равна не более .