2 Что такое цифроаналоговые преобразователи

Цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи. Цифроаналоговые преобразователи

Рассмотренные ранее технические средства работают и с аналоговыми, и с дискретными параметрами и сигналами. Ядро автоматических систем — ЭВМ — работает только с цифровыми кодами. Для объединения всех этих средств и решаемых ими задач в рамках единой системы нужно иметь возможность взаимного преобразования величин. Эту задачу решают цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи.

Цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) — это устройство, которое преобразует цифровой код в аналоговую величину, соответствующую десятичному числу — эквиваленту этого кода.

Обычно выходной величиной ЦАП является электрическое напряжение.

Работа цифроаналогового преобразователя основана на двоичной системе счисления. В двоичной системе счисления только две цифры — 0 и I, но она, как и десятичная система, является позиционной, т. е. «вес» каждой цифры в числе зависит от ее позиции (разряда числа). В десятичной системе каждый более старший разряд «весит» в 10 раз больше предыдущего. Так, в числе 555 левая пятерка (2-й разряд) «весит» в 10 раз больше, чем средняя (1-й разряд), которая, в свою очередь, в 10 раз «тяжелее» правой (0-й разряд). Это число можно записать следующим образом:

Этот принцип лежит в основе работы цифроаналогового преобразователя: любое число в позиционной системе счисления можно представить в виде суммы произведений цифр на основание системы счисления в степени, равной номеру позиции этой цифры в числе (т.е. номеру разряда).

Для реализации ЦАП необходимо выбрать «единицу веса», например, значение напряжения или тока, соответствующее «весу» самого младшего разряда числа. Затем в каждом разряде числа, где имеется цифра 1, эта «единица веса» умножается на «вес» данного разряда

На рис. 5.19 представлена схема 4-разрядного цифроаналогового преобразователя, в которой «вес» каждого разряда определяется выбором сопротивления R цепи, питаемой от источника с напряжением . Управление током 1 в каждой цепи производится с помощью параллельного регистра. Подбор сопротивлений резисторов выполнен так, что ток, включаемый каждым более старшим разрядом, вдвое больше предыдущего. Все токи суммируются на сопротивлении нагрузки RH. Напряжение на нем, равное произведению. На сумму токов всех включенных разрядов, является выходной величиной £/ВЬ|Х преобразователя.

пряженике питания переключаемых цепей обычно выбирается таким, чтобы выходной сигнал преобразователя изменялся от -5,12 до +5,12 В; погрешность преобразования — около 1 %, время преобразования двоичного кода в напряжение — от единиц до десятков микросекунд.

Билет№10

1 Что такое электродвигатели

Электродвигатели

Электродвигатель преобразует энергию электромагнитного поля в механическую энергию вращения ротора.

В АСУ ТП используют электродвигатели, выходные характеристики которых определяются величиной управляющего сигнала. Они получили название исполнительных, или управляемых, электродвигателей и могут быть постоянного тока, переменного тока и шаговыми.

Особенностью исполнительных двигателей в отличие от силовых является то, что они практически никогда не работают в номинальном режиме. Для их работы характерны частые пуски, остановки, реверсы.

Электродвигатели постоянного тока легче управляются, но двигатели переменного тока более надежны, просты и дешевы. Шаговые электродвигатели обеспечивают пошаговое перемещение регулирующих органов.

Основные требования, предъявляемые к исполнительным электродвигателям:

• широкий диапазон регулирования скорости вращения;

• большой пусковой момент;

• простота регулирования;

• отсутствие «самохода», т.е. способность двигателя останавливаться сразу же после снятия сигнала управления;

• возможность реверсирования;

• высокое быстродействие;

• большая мощность при малых габаритных размерах.

Первыми появились двигатели постоянного тока. В 30-х гг. XIX в.

русский ученый Б. С. Якоби построил действующий электродвигатель, основные элементы которого сохранились до настоящего времени. Он стал основным исполнительным двигателем приводов, требующих плавного регулирования скорости вращения в широком диапазоне. В конце XIX в. М. О. Доливо Добровольский предложил конструкцию трехфазного асинхронного электродвигателя переменного тока с короткозамкнутым ротором, ставшего основой асинхронных исполнительных приводов.

- Электродвигатели постоянного тока. Электродвигатель постоянного тока состоит из статора с полюсами, на которых размещена обмотка возбуждения, якоря с обмоткой и коллектора с щетками.

В качестве исполнительных электродвигателей малой мощности широкое применение нашли магнитоэлектрические двигатели, магнитное поле которых создается за счет постоянных магнитов (двигатели серии ДПМ и ДПР).

Обмотки полюсов двигателя служат для создания постоянного магнитного поля, в котором вращается якорь. Если к обмотке якоря приложить напряжение U, то в ней потечет ток Электродвигатель постоянного тока:

а — конструкция: 1 — коллектор; 2 — щетки; 3 — якорь с обмоткой; 4 — обмотка возбуждения; 5— статор; 6 — полюса; б — общий вид

Принцип работы (а, б) и схема включения (в) магнитоэлектрических двигателей

Взаимодействие тока и магнитного поля создаст электромагнитную силу, которая заставит якорь двигаться. Как только он начнет вращаться (пересекать магнитное поле), в его обмотках наведается ЭДС , создающая ток, направленный навстречу току от приложенного напряжения. В результате ток в якоре будет определяться разностью между напряжением питания и наведенной ЭДС:

где — сопротивление обмотки якоря.

Коллектор в электродвигателях постоянного тока служит для преобразования постоянного напряжения, подводимого к щеткам, в переменное напряжение в обмотке якоря, что позволяет сохранить неизменным его направление вращения.

В момент пуска, когда = 0, ток якоря может достигать значительной величины (. формулу , что требует применения в схеме пускового реостата (ПР), включаемого последовательно с якорной обмоткой Я1 —Я2). По мере разгона двигателя сопротивление пускового реостата уменьшается до нуля Ток /в обмотке возбуждения III 1 — Ш 2 остается неизменным;