Разработка преобразователя сопротивления в постоянный ток, страница 2

                                                                                                                                               (3)

С помощью данного источника возможно получить ток только одного направления, поэтому требуется ввести второй источник противоположной полярности и ключ для их переключения.

                      +

 

2

                       -

 

R_н

U_B

U_су

 

Рис. 5. Схема переключения источников тока.

Компаратор СУ сравнивает значение напряжения U_B  с 0.

Если , на выходе СУ появляется U_су = “0”.

Если , на выходе СУ появляется U_су = “1”.

Напряжение U_су поступает на управляющий вход ключа К.

Если U_су = “0”, то ключ соединяет выход с входом 1. Соответствующий источник тока преобразует положительное напряжение в ток.

Если U_су = “1”, то ключ соединяет выход с входом 2.

Таким образом, принципиальная схема преобразователя будет иметь вид, представленный на рис. 6.

 

                                                           R₅

 

                                                                                             vT₁

 

                                                   R₆

 

vT₂

 

        

1

К

2

                     R_x         

+

-

-

+

                                                                      R₄

I1

R₁         

I4

                                       R₂                                                                                                           

U1

                           А                        

                                                                                                                                                                                       I_н

I2

                                                                                                                     R_н                                                                                                                       

                                                                                   B

                                                  

I₃                R₃

                       

U₂

                                                  

Рис. 6. Принципиальная схема преобразователя.

Объединяя соотношения (1), (2) и (3), получим полное уравнение преобразования (4) для случая, когда R_x > 10 кОм и (5) для R_x < 10 кОм.

                                                                                                                                    (4)

                                                                                                                                    (5)

4.  Расчёт параметров и выбор элементной базы преобразователя.

Выберем напряжение  и .

Тогда .

Примем измеряемое напряжение  . При этом токи  и должны быть равны.

Пусть .

Выберем  и так, чтобы выполнялось условие .

Примем   и . При этом , т.е. условие  выполнено.

Примем измеряемое напряжение  . При этом на выходе преобразователя получаем номинальный ток .

Пусть .

Выберем , т.к. при таком значении на выходе получаем номинальный ток .

При выходной ток должен быть равен , поэтому возьмём.

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

        Таблица 1

параметр
номинал	200 кОм	10 кОм	20 кОм	10 кОм	900 Ом	90 Ом	10 В	1 В

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 точные операционные усилители с большим входным сопротивлением, малыми входными токами, малым ЭДС смещения Е_см и ТКЕ_см.

Данным требованиям удовлетворяет ОУ К140УД17 с характеристиками:

Выберем транзисторы КП302А с малым током затвора .

К параметрам ключа и компаратора особых требований нет, поэтому выбираем ключ 590КН4 и компаратор 521 CA1.

Обобщим полученные данные в таблице 2.

                                                                                                                                    Таблица 2

Обозначение на схеме	Тип, номинал	Количество	Характеристики
Операционные усилители
ОУ1 – ОУ4	К140УД17	4
Резисторы
	С2-29B 200 кОм	1	допуск 0.5%
,	С2-29B 10 кОм	2
	С2-29B 20 кОм	1
	С2-29B 900 Ом	1
	С2-29B 90 Ом	1
Транзисторы
vT1 , vT2	КП302А	2
Ключ
К	590КН4	1
Компаратор
СУ	521 CA1	1

5.  Расчёт погрешности преобразования.

1.  Погрешность от ТКС и допуска резистора .

Погрешность от допуска:

Погрешность от ТКС:

2.  Погрешность от ТКС и допуска резистора .

Погрешность от допуска:

Погрешность от ТКС:

3.  Погрешность от ТКС и допуска резистора .

Погрешность от допуска:

Погрешность от ТКС:

4.  Погрешность от ТКС и допуска резистора .

Погрешность от допуска:

Погрешность от ТКС:

5.  Погрешность от ТКС и допуска резистора .

Погрешность от допуска:

Погрешность от ТКС:

6.  Погрешность от тока затвора транзисторов vT₁ и vT₂.

7.  Погрешность от входных токов ОУ.

Из-за наличия у ОУ1 входного тока  ток  имеет погрешность .

8.   Погрешность от E_см и дрейфа E_см ОУ.

При ненулевом значении , зависящего от температуры, ток  будет определяться как

, т.е.

Итак, общая относительная погрешность преобразования равна .

Вывод

В результате выполнения данного курсового проекта был разработан преобразователь сопротивления в постоянный ток. Полученный преобразователь удовлетворяет требованиям, предъявленным в задании: номинальное значение выходного тока мА, измеряемое сопротивление меняется в пределах 1 кОм – 100 кОм, выходной ток меняет направление в зависимости от измеряемого сопротивления. Общая погрешность преобразователя также соответствует требованиям и равна .