Выбор схемы питания собственных нужд, включая число, тип и мощность трансформаторов собственных нужд. 4 страница

Рис. 3.3. Метод одностороннего замера.

3.3. Функциональная схема аналоговой части УВ и описание ее работы.

На входные клеммы поступают сигналы напряжения от высокочастотных ёмкостных делителей напряжения. Вторичные измерительные преобразователи обеспечивают гальваническую развязку по входным цепям. Далее сигналы поступают на устройство выборки и хранения, которое предназначено для поддерживания напряжения на входе мультиплексора и АЦП постоянным в течение всего цикла преобразования, а также для привязки к одному моменту времени нескольких сигналов (единовременность выборок). После УВХ сигналы идут на мультиплексор (коммутатор). Далее сигналы поочередно подаются на вход быстродействующего АЦП мгновенного значения, где преобразуются в параллельный двоичный код. Поочередная подача трёх сигналов осуществляется в четырехтактном цикле трёхканальным мультиплексором под управлением двухразрядного двоичного выхода УУ. Запуск преобразования АЦП синхронизирован с окончанием переходных процессов при каждом переключении мультиплексора по другому выходу УУ. По окончании каждого такта преобразования двоичные коды с выхода данных АЦП вместе с сигналом управляющего выхода АЦП об окончании преобразования передаются через оптронную развязку на выходные регистры аналоговой части устройства.

3.4. Функциональная схема дискретных цепей и описание ее работы.

Дискретные входы УВ предназначены для приема логических сигналов от других устройств РЗА, коммутационной аппаратуры и т.д. Согласно ТЗ проектируемое ОМП содержит 6 входов, идентичных друг другу гальванически развязанных между собой и с обеспечением электрической изоляции на 2 кВ. Дискретные цепи реализованы на оптоэлектронных преобразователях, входы которых защищены от кратковременных и длительных перенапряжений, а также от обратного включения. Для борьбы с помехами, наводящимися в линиях связи, подходящих к дискретным входам, к выходам оптоэлектронных преобразователей подключен триггер Шмитта. На выходе дискретных цепей УВ установлены регистры.

3.5. Разработка принципиальной электрической схемы.

3.5.1. Выбор АЦП.

Определим разрядность АЦП.

.

Где – погрешность квантования АЦП (от полной шкалы), – минимальное число квантов, необходимое для обеспечения заданной погрешности, – полная шкала.

, . Следовательно, разрядность АЦП должна быть не менее 14.

Выбираем АЦП ADS – 947 компании C&D TECHNOLOGIES.

Особенности.

· 14 – разрядное разрешение.

· Минимальная частота дискретизации………………………..10 МГц.

· Отсутствие пропущенных кодов.

· Полный коэффициент гармоник....... ……………………………...81 дБ.

· Отношение сигнал/шум....................... …………………………….76 дБ.

· Компактный 24 – выводной корпус типа DDIP или SMT.

· Два источника питания……………………………………….+5 и –5,2В.

· Низкая рассеиваемая мощность............ ……………………………2 Вт.

Общее описание.

ADS – 947 – это 14 – разрядный аналого-цифровой пре­образователь с частотой дискретизации 10 МГц и встроенным устройством выборки и хранения. АЦП позволяет оцифровывать сигналы полной шкалы вплоть до частоты Найквиста с отсутствием пропущенных кодов.

ADS – 947 содержит встроенное устройство выборки и хранения с малым временем установления, двухступенча­тый аналого-цифровой преобразователь, встроенный ис­точник опорного напряжения, схему синхронизации, уп­равляющую логику и схему коррекции ошибок. Уровни входных и выходных цифровых сигналов – ТТЛ – совместимые.

Процесс преобразования в ADS – 947 начинается по фронту сигнала запуска преобразования START CONVERT.

ADS – 947 работает от двух источников питания напря­жением +5 и –5,2 В. При этом типовое значение рассеива­емой мощности не превышает 2 Вт. АЦП преобразовывает биполярные сигналы в диапазоне ±2 В.

Прибор предназначен для работы как в коммерческом (0...+70°С), так и в расширенном {–40...+100 °С) диапазоне рабочих температур.

Внутренние схемы автокалибровки и коррекции оши­бок обеспечивают специфицированные характеристики прибора в расширенном диапазоне рабочих температур.

Рис. 3.6. Цоколевка корпусов

Назначение выводов.

Символ	Назначение	#
AGND	Аналоговая земля	19,24
CONV	Вход запуска преобразования
D0…D13	Цифровые выходы 0...13,D0 – D13	1…12, 15, 16
DAV	Выход готовности данных
DGND	Цифровая земля
OFADJ	Вход регулировки смещения
VCC	Положительное напряжение питания +5 В, аналоговое
VCCD	Напряжение питания +5 В, цифровое
VEE	Отрицательное напряжение питания –5,2 В
VIN	Аналоговый вход
Рис. 3.7. Структурная схема АЦП

Основные электрические параметры.

при T_A = +25 °C, V_CC = +5 В, V_CCD = +5 В, V_EE = –5,2 В, f_S = 10 МГц, после 3 минут прогрева, если не указано иное.

Параметр

Условия измерения

Значение

Единица измерения

Питание

Напряжение питания

VCC,VCCD

–

+4,75

+5,0

+5,25

В

VEE

–

–4,75

–5,2

–5,45

Ток потребления

ICC, ICCD

–

–

мА

IEE

–

–

–200

–210

Рассеиваемая мощность

–

–

2,0

2,25

Вт

Точностные статические характеристики

Интегральная нелинейность

TA = +25 °C, 0… +70 °C

–

–

МЗР

TA = –40…+100 °C

–

–

Дифференциальная нелинейность

TA = +25 °C, 0… +70 °C

–0,95

МЗР

TA = –40…+100 °C

–0,95

Абсолютная погрешность полной шкалы

TA = +25 °C, 0… +70 °C

–

МЗР

TA = –40…+100 °C

–

Биполярная погрешность смещения нуля

TA = +25 °C, 0… +70 °C

–

МЗР

TA = –40…+100 °C

–

Погрешность коэффициента усиления

TA = +25 °C, 0… +70 °C

–

МЗР

TA = –40…+100 °C

–

Аналоговые входы

Диапазон входного напряжения

–

–

±2

–

В

Входное сопротивление

–

–

–

Ом

Входная ёмкость

–

–

пФ

Цифровые входы

Входное напряжение ВЫСОКОГО уровня

–

2,0

–

–

В

Входное напряжение НИЗКОГО уровня

–

–

–

0,8

В

Цифровые выходы

Выходное напряжение ВЫСОКОГО уровня

–

2,4

–

–

В

Выходное напряжение НИЗКОГО уровня

–

–

–

0,4

В

Динамические характеристики

Частота преобразования

–

–

–

МГц

Апертурная задержка

–

–

+5

–

пс

Апертурная неопределенность

–

–

–

пс

Время сбора данных УВХ

–

–

–

пс

Время восстановления после переполнения

–

–

–

пс

Отношение сигнал/шум

TA = +25 °C, 0… +70 °C

–

Дб

TA = –40…+100 °C

–

TA = +25 °C, 0… +70 °C

–

TA = –40…+100 °C

–

Полный коэффициент гармоник

TA = +25 °C, 0… +70 °C

–

–76

–71

Дб

TA = –40…+100 °C

–

–72

–66

TA = +25 °C, 0… +70 °C

–

–74

–69

TA = –40…+100 °C

–

–69

–63

Ширина полосы входного сигнала

–

–

МГц

–

–

3.5.2. Расчёт ВИП.

Вторичные измерительные преобразователи в устройстве ввода аналоговой и дискретной информации ОМП предназначены для гальванической развязки.

Рис. 3.8. Схема ВИП

Трансформатор напряжения:

Коэффициент трансформации трансформатора напряжения:

.

Тогда витков, витков.

Выбираем провода марки ПЭВ-2 ГОСТ 7262-78.

Жила – медная, круглого сечения 0,28 мм². Изоляция – два слоя высокопрочной эмали.

Сердечник выполняем из ферритных материалов, которые позволяют производить высокочастотные преобразователи. В частности, передавать сигналы с рабочей полосой до нескольких МГц.

3.5.3. Выбор устройства выборки и хранения.

Выберем быстродействующее устройство выборки и хранения 1103 СК1.

Общее описание.

Микросхема предназначена для расширения частотного диапазона и повышения точности аналого-цифровой обработки сигналов в радиолокации, телевидении, измерительной технике и системах обработки информации.

Рис. 3.9. Структурная схема УВХ

Рис. 3.10. Цоколевка выводов

Назначение выводов.

Основные электрические параметры.

Предельно допустимы режимы работы.

На входе УВХ установим пару защитных стабилитронов IN4739A мощностью 1 Вт и напряжением стабилизации 9,1 В.

В качестве конденсатора хранения выбираем слюдяной конденсатор (такие конденсаторы отличаются малой адгезией) марки К-31-11-250В-200пФ±5%.

3.5.4. Выбор схемы мультиплексора.

Для осуществления управления передачи аналоговой информации широко используется аналоговые коммутаторы с цифровыми схемами управления ключами. Выбор мультиплексора осуществляется по количеству имеющихся у него каналов. Необходимо коммутировать с АЦП 3 аналоговых входа. Используем два четырёхканальных аналоговых ключа со схемой управления КР590КН4.

Рис. 3.11. Аналоговый ключ КР590КН4

Основные параметры:

Обозначение	КР590КН4
	±15
	±15
	0…0,8
	4…15

На выходе мультиплексора предусматривается повторитель для снижения влияния сопротивления электронного ключа в замкнутом состоянии на погрешность преобразования АЦП.

Выбираем быстродействующий операционный усилитель К154УД2.

Рис. 3.12. Схема повторителя
	Коэффициент усиления .
	Скорость нарастания выходного напряжения	+150, –75
	Напряжение смещения «нуля»
	Время установления
	Входные токи
	Минимальное сопротивление нагрузки	2к
	Максимальное выходное напряжение
	Ток потребления

3.5.5. Оптоэлектронная развязка.

Оптоэлектронная развязка может быть реализована на оптоэлектронных переключателях-инверторах на основе высокоскоростных TTL оптронов HCPL0601.

Основные параметры:

Рис. 3.13. Схема оптронной развязки

Рассчитаем сопротивление токоограничительного резистора через светодиод оптрона:

.

Из ряда базовых значений выбираем .

Мощность рассеивания: .

Выбираем резистор С2-23-15В-0,125Вт-91Ом±0,5%

3.5.6. Выходные буферные элементы.

К выходам АЦП подключим шинные усилители К155ЛН5.

Микросхема имеет 6 инверторов с общим коллектором, причем напряжение общего коллектора можно повысить до 15 В, применим внешний источник питания.

Рис. 3.14. Микросхема К155ЛН5

данные от АЦП

Рис. 3.15. Схема подключения буферных усилителей.

3.5.7. Блок управления.

Рис. 3.16. Блок управления.

Г – генератор прямоугольных импульсов.

СЧ – счетчик импульсов.

Рис. 3.17. Генератор прямоугольных импульсов на основе кварцевого резонатора.

В качестве логического элемента И-НЕ выберем К155ЛА3 (четыре логических элемента 2И-НЕ).

Выбираем конденсатор К73-15-100В-82пкФ±10%.

Резистор R₁ : С2-23-0,125Вт-2к±0,5%.

В качестве двоичного счётчика выберем четырёхразрядный двоичный реверсивный счетчик К155ИЕ7.

1 – вход информационный D2

Рис. 3.18. Двоичный счётчик К155ИЕ7.

2 – выход второго разряда Q2

3 – выход первого разряда Q1

4 – вход «обратный счет»

5 – вход «прямой счет»

6 – выход третьего разряда Q3

7 – выход четвертого разряда Q4

8 – общий

9 – вход информационный D8

10 – вход информационный D4

11 – вход предварительной записи

12 – выход «прямой перенос»

13 – выход "обратный перенос"

14 – вход установки "0" R

15 – вход информационный D1

16 – напряжение питания

Электрические параметры:

Номинальное напряжение питания	5 В 5 %
Выходное напряжение низкого уровня при Uп=4,75 В	не более 0,4 В
Выходное напряжение высокого уровня при Uп=4,75 В	не менее 2,4 В
Напряжение на антизвонном диоде при Uп=4,75 В	не менее -1,5 В
Помехоустойчивость	не менее 0,4 В
Входной ток низкого уровня	не более 1,6 мА
Входной ток высокого уровня	не более 0,04 мА
Входной пробивной ток	не более 1 мА
Ток короткого замыкания	-18...-65 мА
Ток потребления	не более 102 мА
Потребляемая статическая мощность	не более 535 мВт
Время задержки выключения от входа "уст.0" до выхода Q	не более 35 нс
Время задержки выключения от входа предварительной записи до выхода Q	не более 40 нс
Время задержки включения от входа предварительной записи до выхода Q	не более 40 нс
Время задержки выключения от входа "прямой счет" до выхода "прямой перенос"	не более 26 нс
Время задержки включения от входа "прямой счет" до выхода "прямой перенос"	не более 24 нс
Время задержки включения от входа "обратный счет" до выхода Q	не более 47 нс
Время задержки выключения от входа "обратный счет" до выхода Q	не более 38 нс
Коэффициент разветвления по выходу
Максимальная длительность фронта (среза) входного импульса	не более 150 нс
Рис. 3.19. Схема Задерживающего элемента.

Рис. 3.20 Временные диаграммы элемента задержки

Задаёмся значением ёмкости C=1 нФ. Постоянная времени заряда:
, тогда .

конденсатор: К73-15-100В-0,001мкФ±1%; резистор: С2-29-0,125Вт-150Ом ±0,5%.

В качестве логического элемента И-НЕ выберем К155ЛА3 (четыре логических элемента 2И-НЕ).

Выберем дешифратор К155ИД4.

Это высокоскоростной дешифратор-мультиплексор, преобразующий трёхразрядный код А0-А2 в напряжение низкого логического уровня. Нами используется как двухразрядный. Для этого используем А0, А1. Используется только верхний дешифратор. Дешифратор преобразует двухразрядный двоичный код, поступающий на А0, А1 в выходной позиционный код, необходимый для управления ключами мультиплексора и УВХ.

& & На запуск АЦП ГИ +1 ИЕ7 А0 А1 ЕА «1» ИД4 На УВХ
Рис. 3.22. Блок управления + мультиплексор.
Рис. 3.23 Временные диаграммы.

3.5.8. Разработка устройства ввода дискретных сигналов.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: