1.5.3 Расчёт схем масштабирующего и суммирующего усилителей

1.5.3.1 Схема последовательно соединённых масштабирующего и суммирующего усилителей приведена на рисунке В.5 приложения В.

1.5.3.2 Напряжение U2 с выхода усилителя DA2 поступает на вход масштабирующего усилителя, выполненного на микросхеме DA5 и резисторах R16, R19. Коэффициент усиления масштабирующего усилителя подбирается так, чтобы амплитуда сигнала на выходе суммирующего усилителя DA4.2 лежала в диапазоне 0,4...2В. Отсюда максимальное напряжение U5 на выходе масштабирующего усилителя определяется следующим выражением:

U5 = - U2 • R19/R16 = - 1,6 В.

Выбираем сопротивление резистора R19 равным 100 кОм. Отсюда

R16 = U2 • R19/U5 = 9,31 кОм.

Номинальные сопротивления резисторов R16, R19 выбираются из ряда E192 с допуском 0,1%.

1.5.3.3 Напряжение U5 поступает на вход суммирующего усилителя, выполненного на микросхеме DA4.2, резисторах R23...R28 и конденсаторе C3. Ёмкость C3, компенсирующую фазовый сдвиг вблизи критической частоты, выбираем равной 0,1 мкФ, а номинальное сопротивление развязывающего резистора R28 выбираем из ряда E24 равным 1,5 кОм ± 5%. Сопротивление обратной связи R27 выбираем из ряда E192 равным 10 кОм ± 0,1%.

1.5.3.4 На входы суммирующего усилителя дополнительно поступают опорное напряжение минус U₀ и напряжение U_x с потенциометра R22, которые должны сместить нулевой уровень выходного напряжения U4 на 0,4 В, то есть установить напряжение, соответствующее начальному значению контролируемого диапазона температур. При U5 равном 0 В и установке R22 в среднее положение U4 должно быть равно 0,4 В. Отсюда в соответствии с формулой (7)

k3 = R27/R25= U4/U₀ = 0,133.

R25 = R27/k3 = 75 кОм.

Номинальное сопротивление резистора R27 выбираем из ряда E192 с допуском ± 0,1%.

1.5.3.5 Потенциометр R22 предназначен для регулировки нулевого уровня выходного напряжения U4. Задавшись пределами регулировки от 0,28 до 0,52 В (Ur = ± 0,12 В) определим номинальное сопротивление резистора R23:

k4 = R27/R23 = Ur/U₀ = 0,04;

R23 = R27/k4 = 249 кОм.

Номинальное сопротивление резистора R23 выбираем из ряда с допуском ± 0,1%. Номинальное сопротивление потенциометр R22 выбираем равным 22 кОм ± 5%.

1.5.3.6 Воспользовавшись соотношениями полученными в п.1.4.6.8, рассчитаем номинальные сопротивления резисторов R24, R26:

R26 = R27/k5max = 10/1,075 = 9,31 кОм;

R26 + R24 = R27/k5min = 10/0,925 = 10,81 кОм,

R24 = 10,81 – 9,31 = 1,5 кОм.

Выбираем номинальное сопротивление потенциометра R24 из ряда E24 равным 1,5 кОм ± 5%.

Номинальное сопротивление резистора R26 выбираем из ряда E192 с допуском 1,5 кОм ± 0,1%.

1.6 Формирователь выходных сигналов

1.6.1 Состав формирователя выходных сигналов

1.6.1.1 В общем случае формирователь выходных сигналов состоит из схемы гальванической развязки, схемы преобразования напряжения в ток, выходных каскадов сигнализации и стабилизированного источника питания.

1.6.2 Стабилизированный источник питания

1.6.2.1 Стабилизированный источник питания формирует гальванически развязанные напряжения, предназначенные для питания входной и выходной цепей RI-преобразователя. Стабилизированный источник питания может быть разработан как с применением электронных компонентов мелкой интеграции, так и с применением DC/DC-преобразователей, выпускаемых фирмами BURR - BROWN, TRACO и другими. Для искробезопасного исполнения RI-преобразователя рекомендуется развязать напряжения питания искроопасной и искробезопасной частей с помощью развязывающего трансформатора.

1.6.2.2 Стабилизированный источник питания состоит из параметрического стабилизатора напряжения и преобразователя постоянного напряжения в постоянное.

1.6.2.3 Параметрический стабилизатор напряжения состоит из сетевого выпрямителя, схемы защиты от перенапряжения и схемы стабилизации. Схема принципиальная электрическая параметрического стабилизатора напряжения приведена на рисунке В.6 Приложения В. В состав сетевого выпрямителя входят конденсаторы C1, C2, резистор R1 и мост выпрямительный VD1. Схема защиты от перенапряжения состоит из предохранителя F1, симистора VS1, транзистора VT1, стабилитронов VD2...VD4 и резисторов R2...R5. Схема стабилизации реализована на интегральной микросхеме DA1, стабилитроне VD5 и конденсаторе C3.

1.6.2.4 Стабилизированный источник питания питается от сети 24 В переменного тока промышленной частоты. Сетевое напряжение величиной от 20,4 до 26,4 В поступает на мост выпрямительный VD1. Выпрямленное напряжение, сглаженное RC-цепочкой (R1, C2), поступает на схему защиты от перенапряжения.

1.6.2.5 Схема защиты от перенапряжения срабатывает либо при возрастании сетевого напряжения до значений превышающих 29 В, либо при выходе из строя интегральной микросхемы DA1. В первом случае пороговое напряжение срабатывания схемы защиты от перенапряжения задаётся стабилитронами VD2, VD3 и колеблется в пределах от 39 до 43 В, во втором случае пороговое напряжение срабатывания задаётся стабилитроном VD4 и колеблется в пределах от 24 до 26,5 В. При срабатывании схемы защиты от перенапряжения открывается транзистор VT1, который в свою очередь открывает симистор VS1, закорачивающий выход моста выпрямительного VD1. Резкое возрастание выходного тока моста выпрямительного VD1 приводит к перегоранию предохранителя F1.

1.6.2.6 С сетевого выпрямителя постоянное напряжение через предохранитель FU1 поступает также на стабилизатор напряжения, которым является интегральная микросхема DA1. Стабилитрон VD5 поднимает выходное напряжение параметрического стабилизатора напряжения до уровня (21 ± 0,5) В. Конденсатор C3 обеспечивает динамическую устойчивость работы стабилизатора напряжения. С выхода микросхемы DA1 напряжение поступает на преобразователь постоянного напряжения в постоянное и на выходные каскады сигнализации.

1.6.2.7 Преобразователь постоянного напряжения в постоянное состоит из преобразователя постоянного напряжения в переменное и выпрямителей напряжения ±15 В и +27 В.

1.6.2.8 Схема преобразователя постоянного напряжения в переменное приведена на рисунке В.7 Приложения В. Преобразователь выполнен по двухтактной схеме с независимым возбуждением и функционально состоит из задающего генератора прямоугольных импульсов, делителя частоты и усилителя мощности.

Задающий генератор прямоугольных импульсов выполнен на микросхеме DA2, конденсаторах C5, C6, и резисторах R7, R8. Частота f выходных прямоугольных импульсов генератора определяется соотношением

f = 1,44/(R7 + 2R8) • C5 = 46,4 кГц.

Делитель частоты DD1 делит частоту f на два. Две последовательности прямоугольных импульсов, сдвинутые по фазе относительно друг друга на 180 градусов, с выходов микросхемы DD1 поступают на базы ключевых транзисторов VT3, VT4 усилителя мощности. Ток базы транзисторов VT3, VT4 задается резисторами R9, R10. Форсирующие конденсаторы С7, С8 ускоряют переключение транзисторов. Диоды VD7, VD8 защищают от пробоя переходы база-эмиттер транзисторов VT3, VT4. Коллекторными нагрузками ключевых транзисторов VT3, VT4 являются первичные обмотки 1 - 2 и 2 - 3 трансформатора TV2. Для снижения уровня коммутационных перенапряжений в коллекторы ключевых транзисторов включена RC-цепь из резистора R12 и конденсатора C12. Микросхемы DA2 и DD1 питаются от стабилизатора напряжения 5,6 В, выполненного на резисторе R6, стабилитроне VD6 и конденсаторе C4.

1.6.2.9 Схема выпрямителей напряжения ±15 В и +27 В приведена на рисунке В.8 приложения В.

Снимаемые с вторичных обмоток 4 - 5 и 5 - 6 трансформатора TV2 переменные напряжения выпрямляются выпрямителем, собранном по мостовой схеме на диодах VD9...VD12, и сглаживается П-образными фильтрами C10, L2, C22 и C11, L3, C23. Выпрямленные напряжения ± (15 ± 1) В предназначены для питания входной части RI-преобразователя.

Снимаемое с вторичной обмотки 9 - 10 трансформатора TV2 переменное напряжение выпрямляется выпрямителем, собранном по мостовой схеме на диодах VD13, VD14, VD16, VD17, и сглаживается П-образным фильтром С16, L1, C18. Выпрямленное напряжение (27 ± 1,5) В предназначено для питания схемы преобразования напряжения в ток и микросхемы DA3.

1.6.2.10 Трансформатор TV2 имеет следующие обмотки:

— первичные обмотки 1-2-3;

— вторичные обмотки источника напряжений ±15 В - 4-5-6;

— вторичную обмотку источника напряжения 27 В - 9-10;

— обмотки управления ключами гальванической развязки - 7-8 и 11-12.

Моточные данные трансформатора TV2 приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 — Моточные данные трансформатора TV2

Данные обмоток
Номер обмотки	Номера выводов	Число витков	Диаметр провода
I	1 – 2 2 - 3	40 40	0,315 0,315
II	9 - 10	55	0,2
III	11 - 12	19	0,125
IV	4 – 5 5 – 6	31 31	0,2 0,2
V	7 – 8	19	0,125
Тип сердечника	Сердечник замкнутый М2000НМ - 9 Ш6 - 6 ОЖ0.707.140 ТУ