Структурная схема вольтметра. Расчет основных параметров. Схемотехника узлов цифрового вольтметра. Генератор тактовых импульсов. Схема устройства формирования импульсов. Цифро-аналоговый преобразователь, устройство сравнения. Схема счета и индикации.
Аннотация к работе
Современный этап научно-технического прогресса характеризуется повсеместным внедрением принципиально новой техники. Ускорение научно-технического прогресса в значительной степени зависит от успехов современной микроэлектроники, являющейся современной элементной базой электронных устройств автоматики, телемеханики и связи. Интегральные микросхемы значительно расширили диапазон применения электронных устройств на железнодорожном транспорте. Они создали возможность для совершенствования систем автоматического регулирования движения поездов, радиосвязи, учета и планирования технологических процессов, автоматической локомотивной сигнализации и ряда других. Цифровые вольтметры обладают следующими достоинствами - высокой точностью измерения напряжения (0.001%); широким диапазоном измерений при высокой чувствительности (от до В); отсчетом в цифровой форме (практически исключающем глазомерные ошибки и создающим удобство наблюдения на расстоянии); быстродействием (до изм/с); автоматическим выбором предела и полярности; возможностью получения результатов наблюдений в форме, удобной для ввода в ЭВМ; возможностью вывода на интерфейсную шину и включение в состав измерительно-вычислительного комплекса.Структурная схема цифрового вольтметра (ЦВ) поразрядного кодирования приведена на рисунке 1. Действие ЦВ данного типа заключается в последовательном сравнении измеряемого напряжения с рядом образцовых напряжений, значения которых задаются по определенному закону, например, по закону двоичного или двоично-десятичного кода. Число, соответствующее набору образцовых напряжений, которым компенсируется измеряемое напряжение, представляет это значение в закодированной форме. напряжение, соответствующее единице младшего разряда (шаг квантования); - число разрядов кода; - коэффициент, равный 1 и 0 в зависимости от результатов сравнения в каждом такте. Входное напряжение поступает на вход делителя, а с его выхода через входной усилитель напряжение , ( - коэффициент передачи входной цепи) - на один вход схемы сравнения.Напряжение делителя напряжения: Определим абсолютную погрешность измерения: Максимальное количество импульсов: Так как индикаторы отображают количество импульсов, посчитанных счетчиками, то выбираем По формуле (3) получаем: В нашей схеме используется 12 - разрядный ЦАП, опорное напряжение которого: 3.Сопротивление на входе делителя напряжения примем равным с целью снижения влияний вольтметра на измеряемую цепь входным сопротивлением вольтметра. Общее сопротивление делителя составит: Рассчитаем номиналы резисторов: Номинал резистора ( Мощность: Мощность, рекомендуемая преподавателем: Прямое напряжение: Обратное напряжение: Прямой ток: Частота измерения: Расчетное значение сопротивлений сверим с рядом E192 с учетом допуска В качестве , , и будем использовать прецизионные резисторы типа С2-29B мощностью 0.25 Вт и с допуском Предельное рабочее напряжение составляет 200 В., что обеспечит необходимый запас прочности по напряжению. Для защиты от перенапряжения воспользуемся двумя диодами , и резистором, ограничивающими ток на входе. Для данной схемы возьмем два диода типа КД212А, ток которого равен 1 А, максимальное прямое падение напряжения равно 1 В, максимальное обратное падение напряжения равно 500 В.Рассмотрим схему генератора с кварцевым резонатором, выполненным на логических элементах 2И-НЕ. Элемент DD1.1 охвачен здесь 100 %-ной отрицательной обратной связью и, следовательно, представляет собой просто усилитель с коэффициентом передачи 1. Элемент DD1.3 представляет собой логический инвертор, который в моменты переключения из одного состояния в другое вносит в цепь небольшое усиление, достаточное для компенсации потерь в кварцевом резонаторе и, значит, для возникновения незатухающего колебательного процесса. Напряжение на выходе генератора имеет вид последовательности прямоугольных импульсов. Для этого, нужно в максимально возможной степени уменьшить влияние на работу кварцевого резонатора подсоединяемой к нему внешней электрической цепи.Устройство формирования импульсов представляет собой делитель частоты, состоящий из четырех четырехразрядных синхронных счетчиков DD2, DD3, DD4, DD5 типа КР1554ИЕ10, триггера DD10.1 и 2-х ФКИ. Каждый из счетчиков делит частоту на 10, а триггер на 2. Параллельная нагрузка данных осуществляется синхронно при по положительному фронту тактового импульса на входе . Так, по входу разрешается не только счет, но и распространение сигнала переноса. Первый способ заключается в последовательной передаче сигнала переносов с входов на входы по цепочке счетчиков.Устройство управления предназначено для формирования кодовой последовательности, управляющей работой ЦАП, а также для формирования пачек импульсов, поступающих на схему индикации. Устройство управления выполнено на счетчиках DD6, DD7 и DD8 типа КР1554ИЕ7 (четырехразрядный синхронный реверсивный счетчик). Счетчик выполняет функции: параллельную асинхронную загрузку четырех разрядного оператора по входу , суммирование тактовых импульсов по входу
План
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Структурная схема вольтметра
2. Расчет основных параметров
3. Схемотехника основных узлов цифрового вольтметра