Задание 1. Тема задания: Определение номинала радиоэлемента по маркировке. Цель задания: Проверка навыков определения номинала радиоэлемента по его маркировке.

Для радиоэлемента вид и маркировка которого, для Вашего варианта приведена в таблице 1, определите номинал и укажите обозначение этого номинала на схеме электрической принципиальной (по стандарту ВS 1852).

Рассмотрим пример:

Допустим, в таблице для Вашего варианта указан резистор с маркировкой две красные и две золотистые полосы.

В соответствии с таблицей 4 данная маркировка обозначает следующий номинал 22*10^-1 Ом = 2,2 Ом и точность 10%. На схеме электрической принципиальной номинал этого резистора будет обозначаться следующей буквенно-цифровой маркировкой (по стандарту ВS 1852) 2Е2.

Таблица 4. Расшифровка маркировки цветными полосами

	Полоса А	Полоса В	Полоса C	Полоса D	Полоса E
Цвет	Старшая цифра номинала	Вторая цифра	Множитель	Точность	ТКС ррм/°С
Чёрный	0	0	1
Коричневый	1	1	10	±1%	100
Красный	2	2	100	±2%	50
Оранжевый	3	3	1000		15
Желтый	4	4	10000		25
Зеленый	5	5	100000	±0.5%
Голубой	6	6	1000000	±0.25%	10
Фиолетовый	7	7	10000000	±0.1%	5
Серый	8	8	108	±0.05%	1
Белый	9	9	109
Серебристый	—	—	0.01	±5%
Золотистый	—	—	0.1	±10%

По стандарту ВS 1852 вместо десятичной точки в обозначении элемента ставится буква:

Е (или R) – резистор номинал выражен в Омах;

К – резистор номинал выражен в кило Омах;

М – резистор номинал выражен в Мега Омах,

или конденсатор ёмкость в микрофарадах;

Г (или G) – резистор номинал выражен в Гига Омах;

Р - конденсатор ёмкость в пикофарадах;

Н - конденсатор ёмкость в нанофарадах;

Задание 2.

Тема задания: Расчет преобразователя сигнала датчика к стандартному интерфейсу 4-20 мА.

Цель задания: Освоение расчёта схем на операционных усилителях на примере преобразователя сигнала датчика к стандартному интерфейсу 4-20 мА.

Схема электрическая принципиальная рассчитываемого преобразователя приведена на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Схема электрическая принципиальная преобразователя.

На этом же рисунке показано включение датчика температуры для измерения как отрицательных (по Цельсию), так и положительных температур взятое из [19] (figure 7). В зависимости от варианта тип датчика и/или его подключение, как правило, потребуется изменить, взяв необходимые данные из справочных материалов, ссылки на которые в Интернете Вы найдёте в списке литературы.

Расчёт проводится в следующем порядке:

1. Предварительно выбираем ОУ AD8541 и напряжение питания U_п = 5В.

2. Проверяем допустимость суммарного потребления питания элементами схемы. Поскольку минимальная измеряемая величина должна соответствовать току потребления преобразователем 4 мА, общее потребление его узлов, при закрытом VT1, должно быть меньше этой величины. Суммируем:

- ток потребления DA3 (Adjustment Pin Current в его описании);

- ток потребления ОУ (supply current);

- ток потребления его входных цепей ≈ U_п/(R2║ R5║ R6║R10);

- ток потребления датчика (Operating Current);

- ток резистора R1 (смещение датчика, см. figure 2 [19]).

Построение преобразователя возможно если полученная сумма меньше 4 мА.

3. Расчитываем стабилизатора напряжения. Ток резистора R11 следует выбирать возможно большим. Это позволит снизить номинал R7, а значить и нестабильность напряжения на нём, которая возникает за счёт Adjustment Pin Current Change = 5 мкА. Напряжение питания равное напряжению на этом резисторе плюс 1,25В, в этой схеме выполняет функции опорного напряжения, а значит непосредственно сказывается на погрешности преобразователя. Выберем ток R11 несколько меньше чем 4мА-400 мкА, а именно 3 мА.

Тогда R11=1,25В/3 мА ≈ 430 Ом. R7=( U_п /1,25В – 1) R11 ≈ 1,3 кОм.

4. Токоограничительный резистор R12= U_п /20 мА = 250 Ом ≈ 240 Ом.

Выбираем рабочую точку ОУ (напряжение на его входах при нулевом сигнале с датчика) равной половине питания. Тогда R2 = R6. Выберем R2 = R6 = 100кОм.

5. Обозначим И_н, И_в и И₀, соответственно нижний, верхний пределы измеряемой величины и значение измеряемой величины при котором напряжение на дифференциальном выходе датчика равно нулю. Значение И₀ может лежать вне рабочего диапазона, и даже быть физически недостижимым (получается экстраполяцией характеристики датчика), тогда

I₀ = 4 мА + 16 мА * (И₀ - И_н)/ (И_в - И_н).

6. Учитывая, что R5 = R6 получим

.

Выбираем R10, которое составляет большую часть R₀, R10 = R6 = 100 кОм и получим (при среднем положении движка RP1) RP1 = 2(R_с – R10).

7. Находим

.

R8 = .

8. Рассчитаем входные резисторы:

R3 = R4 = R_о k(И_в - И_н)/( R_т* ),

где k– чувствительность датчика (Sensor Gain).

= 20 мА – 4 мА = 16 мА;

9. Проверяем, что постоянная времени усилителя C2R5/2 = 5 мс много меньше постоянной времени датчика. С другой стороны полоса пропускания ОУ (Wide bandwidth) 1 МГц, что много выше полосы пропускания преобразователя, заданной С2. Значить самовозбуждения схемы можно не опасаться.

10. Оценим погрешность, вносимую преобразователем. Влияние напряжения смещения ОУ и входного тока компенсируется при балансировке преобразователя с помощью RP1. Сравнивая данные технических описаний, что шум ОУ на порядок меньше шума датчика, а значить его можно не учитывать. Согласно пункту е) резисторы выбраны много меньше тех, при которых оказывает влияние дрейф входного тока. Остался дрейф напряжения смещения ОУ во времени и при изменении температуры. По первому фактору данных нет, оценим второй. В рабочем диапазоне температур от -20°С до +55°С (согласно требований Регистра) дрейф составит 4 мкВ/°С*(55°С+20°С) = 300 мкВ. Оцениваем, какой погрешности в измеряемой величине соответствует этот дрейф. Полученная величина должна быть значительно меньше погрешности собственно датчика, иначе выбираем более точный ОУ [16-18] и повторяем расчёт заново.

11. Указываем, что все резисторы, кроме R1, R12, RP1 и RP2, должны быть прецизионными.