Вольтметр переменного напряжения

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра систем сбора и обработки данных

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Тема: "Вольтметр переменного напряжения"

Факультет: АВТ                          

Группа: А-82

Студентка: Мусобаева Л.В.

Руководитель:       КуновВ.М

Новосибирск 2000

Содержание.

1.Исходные данные………………………………………………...стр3

2. Структурная схема………………………………………………стр4

3. Расчет элементов схемы электрической принципиальной а) цепь защиты от перегрузок…………………………………..стр5

б) делитель напряжения…………………………………………стр7

в) усилитель……………………………………………………...стр9

г) выпрямитель…………………………………………………..стр12

4. Анализ погрешностей а) цепи защиты от перегрузок…………………………………..стр13

б) делителя напряжения…………………………………………стр14

в) усилителя……………………………………………………...стр15

г) выпрямителя…………………………………………………..стр18

5. Заключение……………………………………………………….стр19

6. Литература………………………………………………………..стр20

Приложение 1. Схема электрическая принципиальная…………стр21

           Приложение 2. Перечень элементов………………………………стр22

Исходные данные

Диапазон температур:                             Т=20+10 С

Входное сопротивление:                         Rвх=1 МОм

Пределы измерений:                               3-10-30 мВ

Частоты:                                          fн=50 Гц,

fв=5 кГц

Напряжение перегрузки:                        Uпер=300 В

Длительность импульса перегрузки   t=0.1c

Период повторения импульса перегрузки  =1с

Погрешность                                          d<=1%

Структурная схема.

1. Цепь защиты от перегрузки.

2. Делитель для переключения пределов измерений.

3. Усилитель

4. Выпрямитель

5. Прибор

Цепь защиты от перегрузок.

 

          R2       VD1       VD2     R2       

 

VD3        VD4

      R1

 

Принцип  работы.

Цепь  защиты  нужна  для  того,  чтобы  ограничить подачу  напряжения  на  вход операционного  усилителя, в  данном  случае  напряжение  не  должно  превышать  15 (В).           

                                        Расчет цепи

1)  Выбор напряжения ограничения  Uогр      

Пусть Uогр=4(В).

2)  Выбор  стабилитрона  с Uстаб=Uогр-0,6(В)

Uстаб=4-0,6=3,4(В)

Этому условию соответствует стабилитрон  2С433А:

Uстаб ном=3,3(В)                               Iстаб ном=60(мА)

Uстаб min=2,97(В)                              Iстаб min=3(мА)

Uстаб max=3,63(В)                             Iстаб max=229(мА)

2)  Выбор диодов:

Диод выбираем  типа  Д229Б:

Uобр max=400(В)                                Iобр ср=50(мкА)

Iпр ср=400(мА)

3)   Выбор резистора R1: 

Диод при Uобр max, Iобр max не должен вывести стабилитрон из рабочей зоны. Из этого условия выбираем резистор R1:

R1min=(Uпер-Uогр)/DI

DI берется как разность двух  токов:

DI=Iстаб max-Iстаб min=229-3=226(мА)

R1min=1309(Oм)

Для  того  чтобы  стабилитрон  не выходил  из  рабочей  зоны, нужно резистор    взять больше чем R1min .Поэтому R1 возьмем  равным 5(кОм)        

PR1=(U*U)/R1             U=Uпер-Uогр 

PR1=1,75(Вт)

Pном=2(Вт)

ТКЕ=±25*10 (1/°С)   

Резистор  выбираем  из  ряда  Е-24  типа  С2-29В –2  5кОм±0,05%

3)  Выбор резистора R2:

Т.к. напряжение на стабилитроне 3,3 В, то напряжение на резисторах R2 U=E-Uст=15-3,3=11,7 В. Для того чтобы стабилитроны  работали стабильно нужно обеспечить ток через них не меньшим минимального тока стабилизации ( 3 мА ).

R2=(E-Uст)/Icт min                      

R2=3,86(кОм)

PR2=(U*U)/R2        U=E-Uст

PR2=0,035(Вт) 

Pном=0,125(Вт) 

Резисторы R2 выбираем  из  ряда Е-24  типа С2-29-0,125 3,8кОм±0,05%

Делитель напряжения

              R3            

 

R4

    

R5

Принцип работы

Делитель напряжения предназначен для повышения входного сопротивления и изменения пределов  измерения.   

Расчет цепи

Пределы измерения заданы значениями ( 3, 10, 30 мВ ).  

Резисторы могут быть включены тремя способами, в зависимости от того на какой предел  измерения настраиваем прибор.

1)    К1пер=1             предел измерения  30 мВ ,напряжение  снимаем с резисторов R3-R5

2)    К2пер=0,3          предел измерения   10 мВ, напряжение снимаем с резисторов R4-R5

3)    К3пер=0,1          предел измерения   3 мВ, напряжение снимаем  с резистора R5

Составим  уравнения и рассчитаем  резисторы:

Кпер=Uвых/Uвх

К1пер=(R3+R4+R5)/(R3+R4+R5)=1

К2пер=(R4+R5)/(R3+R4+R5)=0,3

К3пер=R5/(R3+R4+R5)=0,1

Решая  эту систему  получим  выражения  :

R3=7R5               R4=2R5          R5=R4/2

Для вольтметра  должно выполнятся  условие:

Rвх вольтметра>1(МОм),поэтому сумма  всех  сопротивлений  должна превышать  1МОм.

Учитывая  полученные  выражения,  получим:

7R5+2R5+R5>1(МОм)

10R5>1(МОм)

R5>100(кОм)

Следовательно , R4>200(кОм)   и  R3>700(кОм)

Согласно требуемым условиям возьмем резистор R3=800(кОм), R4=250(кОм), R5=200(кОм).Их сумма равна 1,2(МОм)>1(МОм)