Лабораторная работа
Изучение преобразователей
"Аналог -частота"
Цель работы: Изучить назначение,принципы построения и основные характеристики преобразователей “Аналог-частота” на примере преобразователей напряжение -частота.
1.Краткие сведения из теории
Преобразование аналогового сигнала в частоту импульсов широко используется в системах измерительной техники, телемеханики, автоматики. Использование преобразователя, размещённого непосредственно около контролируемой точки, и передача частотного сигнала по линии связи в систему обработки и регистрации повышают помехоустойчивость как измерителя так и канала связи. Частотный сигнал является унифицированным параметром систем автоматического контроля и управления. Он позволяет повысить их эффективность за счёт приобретения способности к обработке сигналов как в виде напряжения или тока, так и в частотном виде. Преобразователи напряжения в частоту (ПНЧ) входят также в качестве составного звена некоторых типов преобразователей аналогового сигнала в цифровой.
Основной принцип работы ПНЧ состоит в интегрировании входной величины до некоторого стабильно заданного опорного напряжения с последующим быстрым разрядом конденсатора интегратора через короткозамкнутый ключ. Классификация ПНЧ представлена на рисунке 1.1. В зависимости от структуры все типы ПНС можно разделить на ПНЧ разомкнутого типа (с разомкнутой структурой) и ПНЧ замкнутого типа (с замкнутой структурой).
ПНЧ с разомкнутой структурой. Этот класс ПНЧ можно разделить на преобразователи с периодическим интегрированием аналоговой величины, характеризующиеся тем, что часть цикла используется для возврата интегратора в исходное состояние; преобразователи с поочередным интегрированием, в которых используются два интегратора со своими сравнивающими устройствами и цикл интегрирования аналоговой величины одним интегратором следует за циклом интегрирования другим интегратором; преобразователи с переключением направления интегрирования, в которых используется реверсивный переключатель, изменяющий полярность аналоговой величины на входе собственно интегратора от цикла к циклу
Как правило, в качестве интеграторов и компараторов используют схемы на ОУ, которые имеют большие коэффициент усиления и входное сопротивление. Пример ПНЧ на операционных усилителях показан на рис. 1.2.а Схема имеет относительно невысокую линейность (менее ±1 %) и большую ошибку, вносимую конечным временем до разряда tр.
аналоговой величины
В схеме рис. 1.2.б также используются два усилителя. Операционный усилитель DА1 работает в режиме интегратора, а ОУ DА2 в режиме регенеративного компаратора. Когда выходное напряжение компаратора имеет максимальное положительное значение U+вых max, диод VD смещен в обратном направлении, и напряжение на выходе DА1 линейно уменьшается со скоростью, определяемой амплитудой входного положительного сигнала до тех пор, пока не достигнет значения U-вых maхR1/R2. В этот момент компаратор переключается в другое состояние, при котором напряжение на его выходе равно максимальному отрицательному значению U–выхmax, диод VD открывается и выходное напряжение интегратора быстро нарастает до значения U+вых max R1/R2. При этом компаратор возвращается в первоначальное положение и цикл повторяется.
Так как время нарастания выходного напряжения интегратора значительно меньше времени спада, частота циклов повторения fвых будет прямо пропорциональна входному напряжению. Пренебрегая собственным временем переключения компаратора, можно записать выражение для определения частоты выходных импульсов
fвых = CR R Uивх1 4( вых+
maxR3−Uвых− max) (9.19)
На самом деле размах напряжения на выходе DА1 будет несколько больше величины
(R1/R2)(U+вых max – U-вых max) из-за отличного от нуля значения времени переключения компаратора, а частота соответственно меньше значения, определяемого выражением (9.19), причем это расхождение будет увеличиваться с ростом амплитуды входного сигнала.
В этой схеме можно достигнуть линейности преобразования не хуже ±1 % в диапазоне изменения входных сигналов 20 мВ — 10 В. При этом частота выходных импульсов изменяется от 20 Гц до 10 кГц.
ПНЧ с поочередным интегрированием аналоговой величины. В этом типе ПНЧ для компенсации нелинейности от конечного времени восстановления интегратора используются два канала, объединенные общим коммутатором (рисунок 1.3).
Аналоговая величина преобразуется поочередно работающими интеграторами в линейно изменяющееся напряжение. В момент совпадения выходного напряжения интегратора с опорным напряжением сравнивающими устройствами 1 или 2 вырабатывается импульс, поступающий на коммутатор. Коммутатором производится блокировка и сброс одного из интеграторов в момент работы другого, т.е. каналы 1 и 2 работают поочередно.
преобразователей периодического интегрирования, так как восстановление одного интегратора всегда происходит за время интегрирования другого интегратора. Частота переключения коммутатора определяется зависимостью
fвых = 
uвх (9.22)
2Uопτ
которая справедлива при Uоп1 = Uоп2 = Uоп, равенстве постоянны времени интеграторов τ1 =
τ2 = τ и бесконечно больших входных сопротивлениях схем сравнения
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.