3. Описание лабораторной установки

Функциональная схема преобразователя включает в себя укрупненные блоки, показанные на рис. 3.1. На схеме обозначено:

Рис. 3.1

Г – генератор гармонических колебаний;

ПР – привод ротора ФВ;

ФВ – фазовращатель;

/Т – преобразователь фаза – длительность импульса;

Т/N – преобразователь длительность импульса – двоичный код;

УИ – устройство индикации.

Более подробно функциональная схема показана на мнемосхеме, изображенной на передней панели макета и на рис. 3.2 описания лабораторной работы.

Привод ротора представляет собой ось, вращение которой передается на ось ротора БИФ. На оси ротора жестко закреплен диск, имеющий шкалу с градусным делением (внешняя дорожка) и 8-разрядную простую двоичную кодовую шкалу (маску). Комбинация шкал на одном диске позволяет считывать угол поворота ротора БИФ как в градусах, так и в двоичном 8-разрядном коде по следующему правилу: Если линия считывания проходит над заштрихованным участком дорожки k-го разряда, то в k-й разряд кода считывается «0». В противном случае – «1». Фазовращатель состоит из устройства БИФ-112, ОУ 140УД8А. Работу этого блока можно пояснить следующим образом. При питании БИФ-112 напряжением , где , на выходе получаем два напряжения: U₃(t) и U₄(t). В первом приближении их можно считать гармоническими, то есть

; , (3.1)

где - угол поворота ротора БИФ;

U₂=K_TU₁;

K_T – коэффициент передачи поворотного трансформатора БИФ. Усилитель ОУ1 дифференцирует напряжение U₃(t). В рамках описания (3.1) имеем

. (3.2)

ОУ2 складывает напряжения U₄(t) и U₅(t). Поэтому на его выходе имеется напряжение

, (3.3)

где

a₁=R₅/R₃; a₂=R₅/R₂; =R₃/R₂=a₁/a₂.

Если подобрать постоянную времени дифференцирования так, чтобы при заданных и имело место условие , то выражение в скобках правой части формулы (3.3) будет синусом разности двух аргументов. Поэтому напряжение U₆(t) можно рассматривать в виде

.

В реальных кривых напряжений U₃(t), U₄(t) содержатся высшие гармоники с малыми амплитудами, почти не воспринимаемые при визуальном наблюдении на осциллографе. При дифференцировании напряжения U₃(t) амплитуды высших гармоник растут пропорционально их номеру. Кроме этого, операция дифференцирования на ОУ1 осуществляется приближенно. Указанные факторы приводят к тому, что напряжение U₆(t) реально имеет форму, отличную от синусоидальной, и нельзя подобрать значение , при котором амплитуда напряжения U₆(t) остается постоянной при любых значениях . Настройку можно считать удовлетворительной, если изменение амплитуды напряжения U₆(t), наблюдаемое при вращении ротора БИФ, несущественно.

Преобразователь фаза – длительность импульса содержит два компаратора (К521 САЗ), два триггера 1533 ТМ2 и линию задержки ЛЗ, реализованную в виде последовательного соединения из 5-ти инверторов (133 ЛАЗ). Сигналы на выходах компараторов К₁, К₂ устанавливаются в «1» в моменты времени, когда напряжения U₆(t) и U₇(t) соответственно переходят нулевой уровень, становясь положительными, и устанавливаются в «0», когда U₆(t) и U₇(t) переходят нулевой уровень, становясь отрицательными. Время между передними фронтами импульсов U₉(t); U₈(t) пропорционально углу . Оно выделяется в виде длительности Т_и импульса U₁₀ триггерами Т₁, Т₂ и ЛЗ.

По переднему фронту импульсов U₉(t) триггер Т₂, находящийся в состоянии «0», устанавливается в состояние «1». Триггер Т₁, находящийся в состоянии «1», по переднему фронту импульсов U₈(t) устанавливается в состояние «0». При этом триггер Т₂ возвращается в исходное состояние «0» по RS - входу.

Рис. 3.3 Рис. 3.4

Сигнал , пройдя по цепочке ЛЗ, устанавливает аналогично триггер Т₁ в состояние «1».

Диаграммы на рис. 3.3 иллюстрируют процесс формирования импульса U₁₀(t), длительность Т_и которого пропорциональна углу поворота ротора. Наибольшая длительность Т_{и max}=2 .

Преобразователь длительность импульса – число импульсов – код состоит из управляемого генератора ГИ, схемы совпадения, двоичного счетчика СЧ и буферного регистра БР. Схема работает следующим образом. Передний фронт импульса U₁₀(t) возбуждает ГИ и открывает схему совпадения на время, равное его длительности. Заполняющие импульсы поступают на суммирующий вход СЧ, который до прихода импульсов был обнулен. После окончания импульса U₁₀(t) число, накопленное в СЧ, переписывается в БР, а затем СЧ обнуляется. Диаграммы, представленные на рис. 3.4, поясняют эти процессы.

Устройство индикации состоит из усилителей (К 155 ЛА8) и линейки из 8 светодиодов. Светодиод загорается, если разряд выходного кода в БР имеет значение «1» и наоборот. В идеальном преобразователе код, считываемый с двоичной шкалы привода ротора, должен соответствовать коду, высвечиваемому на линейке светодиодов. Несовпадение кодов указывает на неравномерность статической характеристики всего преобразователя угол – код.

Преобразователь, реализованный в макете лабораторной работы, квантует угол поворота с частотой генератора. Хранение кода угла в регистре БР допускает считывание кода в любые моменты времени, за исключением моментов, когда существуют импульсы И_р, И_п (соответственно разрешающий перезапись кода из счетчика в БР и переписывающий код). Поэтому частоту f_к квантования угла можно выбрать по условию

.

Переходные процессы в фазовращателе БИФ-112 ограничивают скорость n вращения его ротора и соответственно скорость изменения угла, причем об/мин.

Регистр ИР15, используемый для хранения кода, имеет три состояния. Это позволяет подключать преобразователь к общей шине.