- •1. Структурная схема блока питания, назначение и описание её элементов. Однополупериодный выпрямитель: основные характеристики, достоинства и недостатки.
- •3. Стабилизаторы постоянного напряжения, область применения, параметрические и компенсационные стабилизаторы, описание их работы.
- •6. Точный выпрямитель: принцип работы, область применения, достоинства и недостатки.
- •7. Точный выпрямитель с использованием параллельной отрицательной обратной связи: принцип работы, область применения. Достоинства и недостатки.
- •8. Измеритель среднего значения переменного напряжения: назначение, область применения. Примеры реализации, расчёт.
- •10. Фазочувствительные выпрямители с параллельно-последовательными ключами: принцип работы, коэффициент передачи при разных положениях ключей. Достоинства, недостатки.
- •11. Логарифмические и антилогарифмические усилители, их применение при реализации нелинейных математических операций.
- •12. Экспоненциальный усилитель на основе полупроводникового диода, на основе транзисторного диода, на основе дифференциального включения идентичных транзисторов. Достоинства и недостатки.
- •14. Генераторы треугольных колебаний: назначение, область применения, вывод расчётных соотношений для периода генерируемых колебаний. Достоинства и недостатки.
- •15. Генератор синусоидальных колебаний: назначение, область применения, его состав (усилитель, фазосдвигающая цепь). Баланс фаз, баланс амплитуд. Принцип работы.
- •16. Генераторы синусоидальных колебаний на основе резистивно-емкостных цепей: устройство, принцип работы, особенности фазосдвигающих цепей, расчётные соотношения. Достоинства и недостатки.
- •17. Генераторы синусоидальных колебаний на основе моста Вина: устройство, принцип работы, особенности фазосдвигающих цепей, расчётные соотношения. Достоинства и недостатки.
- •18. Структурная схема информационного преобразователя переменного напряжения: состав и назначение элементов, описание их работы, область применения.
- •20. Двухпроводные измерительные схемы для резистивных датчиков: назначение, область применения. Вывод погрешности преобразования от влияния сопротивления проводов линии связи.
- •21. Трехпроводные измерительные схемы для резистивных датчиков: назначение, область применения. Вывод погрешности преобразования от влияния сопротивления проводов линии связи.
- •22. Четырехпроводные измерительные схемы для резистивных датчиков: назначение, область применения. Вывод погрешности преобразования от влияния сопротивления проводов линии связи.
- •25. Функциональные схемы измерительного преобразователя для индуктивного и емкостного датчиков: назначение элементов, описание их работы, вывод уравнения преобразования.
- •26. Формирователи управляющих напряжений для фазочувствительных выпрямителей: принцип построения, принцип работы, область применения.
- •27. Преобразователь «напряжение-ток»: принцип работы, область применения, основные расчётные соотношения.
- •28. Дифференциальный усилитель на основе одного операционного усилителя: принцип работы, область применения, основные расчётные соотношения. Достоинства и недостатки.
- •29. Дифференциальный усилитель на основе двух операционных усилителей: принцип работы, область применения, основные расчётные соотношения. Достоинства и недостатки.
- •30. Дифференциальный усилитель на основе трех операционных усилителей: принцип работы, область применения, основные расчётные соотношения. Достоинства и недостатки.
25. Функциональные схемы измерительного преобразователя для индуктивного и емкостного датчиков: назначение элементов, описание их работы, вывод уравнения преобразования.
Функциональная схема измерительного преобразователя для индукционного датчика приведена на рисунке 1. Она состоит из следующих элементов:
ГСК |
- генератор синусоидальных колебаний, предназначенный для питания датчика; |
ЭМД |
- электромагнитный датчик, имеющий обмотку возбуждения 1 - 2 и выходную обмотку 3 - 4; |
ПрТН |
- преобразователь ток-напряжение, вырабатывающий выходное напряжение, пропорциональное входному току через датчик и синфазное (противофазное) с входным током; |
ФСУ |
- фазосдвигающее устройство, сдвигающее фазу входного напряжения до получения синфазности/противофазности с выходным напряжением; |
ФУН |
- формирователь управляющего напряжения, необходимый для управления ключами фазочувствительного выпрямителя; |
Ус |
- усилитель выходного сигнала датчика; |
ФЧВ |
- фазочувствительный выпрямитель; |
ФМИ |
- фильтр нижних частот; |
ПНТ |
- преобразователь напряжение-ток, позволяющий получить выходной унифицированный ток; |
БП |
- блок питания измерительного преобразователя. |
Рис. 1. Функциональная схема измерительного преобразователя для индукционного датчика
Схема датчика дана на рисунке 2.
Рис. 2. Эквивалентная схема электромагнитного датчика
На схеме даны следующие обозначения:
- сопротивление меди; |
|
- сопротивление потерь; |
|
- индуктивность обмотки возбуждения; |
|
- питающее синусоидальное напряжение; |
|
- выходное напряжение датчика; |
|
- коэффициент связи, В/А; |
|
- входной ток обмотки возбуждения; |
|
- ток индуктивности, создающий магнитный поток в датчике. |
По эквивалентной схеме требуется рассчитать диапазон изменения выходных напряжений датчика. . Для нахождения тока и воспользуемся схемой, представленной на рисунке 1, тогда входной ток будет равен:
.
Фазовый сдвиг тока относительно питающего напряжения будет иметь вид:
.
Ток через индуктивность будет равен:
,
,
а фазовый сдвиг тока относительно напряжения имеет вид:
.
Тогда, согласно функциональной схеме, фазовый сдвиг между током и будет равен:
,
.
Диапазон выходных напряжений равен: .
Фазовый сдвиг, необходимый для получения управляющих напряжений, синфазных с выходным, равен .
Измерительный преобразователь для ёмкостного датчика (ЕД)
-
1. Ёмкостной датчик с изолированными электродами
2. Ёмкостной датчик с заземлённым электродом
3. Дифференциальный ёмкостной датчик с изолированными электродами
4. Дифференциальный ёмкостной датчик с заземлённым средним электродом
Рис. 3. Функциональная схема измерительного преобразователя для емкостного датчика с изолированными электродами
ГКН |
- генератор квадратурных синусоидальных напряжений; |
ПНТ |
- преобразователь ток-напряжение; |
ФЧВ |
- фазочувствительный выпрямитель; |
ФНЧ |
- фильтр нижних частот; |
ПНТ |
- преобразователь напряжение-ток; |
ФУН |
- формирователь управляющих напряжений; |
- электрическая емкость датчика, изменяющаяся под действием физической величины от до (дано по заданию); |
|
- сопротивление потерь в датчике (задан пересчитывается в ); |
|
- напряжение смещения, согласует диапазоны изменения и выходного тока ; |
|
- унифицированный выходной сигнал в виде тока. |
Рис. 4. Функциональная схема ИП для дифференциального емкостного датчика с изолированными электродами
Рис. 5. Функциональная схема ИП для емкостного дифференциального датчика с заземленным средним электродом
Эквивалентная схема емкостного датчика с изолированными электродами представлена на рисунке 6.
Рис. 6. Эквивалентная схема емкостного датчика
При питании датчика от источника напряжения ток через датчик будет иметь вид: .
В комплексном виде: .
Откуда видно, что ток через датчик имеет две составляющих, одну совпадающую с напряжением питания и составляющую, сдвинутую относительно напряжения питания на и пропорциональную . В результате, суммарный ток через датчик сдвинут относительно питающего напряжения не на 90°, а на угол , где – угол недосдвига до 90°, обусловленный потерями в датчике. Тогда согласно векторной диаграмме имеем
.
Измерительный преобразователь для ёмкостного датчика с заземлённым электродом.
Рис. 7. Функциональная схема измерительного преобразователя для ёмкостного датчика с заземлённым электродом
Инв |
- инвертор выходного напряжения генератора ГКН, получает напряжение противоположной фазы по сравнению с напряжением на датчике ; |
Сумм |
- суммирует напряжения с выходов усилителя Ус и инвертора Инв для компенсации неинформативной составляющей; |
Ус |
- усилитель с большим коэффициентом усиления (операционный усилитель) служит для преобразования значения электрической ёмкости в напряжение пропорциональное ; |
ПЕН |
- преобразователь значения емкости в напряжение ; |
- выходное напряжение генератора, оно же и напряжение питания емкостного датчика ; |
|
- выходное напряжение преобразователя емкости в напряжение; |
Эквивалентная схема преобразователя представлена на рисунке 8. На рисунке 8а представлена схема преобразователя в напряжении , на рисунке 8б – векторная диаграмма токов в датчике.
Рис. 8. Эквивалентная схема преобразователя емкости в напряжение
Поскольку в датчике существуют потери, то ток через него сдвинут по фазе относительно напряжения не на , а на угол несколько меньше , где – недосдвиг до .