|
|
Аналоговые измерительные преобразователи напряжения и токов.
Номинальные вторичные напряжения и токи первичных измерительных трансформаторов тока и напряжения составляют соответственно Iф.ном=5А или 1А и Uф.ном=100В, Uф.ном=(100/
Активные измерительные трансреакторы
Измерительные трансреакторы, выполненные с применением операционных усилителей, при миниатюрных размерах имеют погрешности, не превышающие 1% погрешностей пассивных ИТН и ИТТ. Указанные снижения погрешности преобразования обеспечиваются общей сильной отрицательной обратной связью, охватывающей измерительный преобразователь. Физически действие отрицательной обратной связи состоит в почти полной компенсации МДС намагничивания магнитопровода, которая и обуславливает погрешности преобразования пассивных измерительных трансформаторов. Компенсация обеспечивается выходным током io.с.=i2 , проходящим в обмотке обратной связи Wо.с.
Рис.8.1
Рис.8.2 Схема трансреактора с управлением коэффициента усиления для IКЗ и IН.
Первичный ток i1 с выхода ТТ энергообъекта трансформируется в ТТ в ток i2. Падение напряжения на R1 снимается на вход неинвертирующего усилителя А1 через низкочастотный фильтр R2C1, подавляющий высокочастотные помехи из сети. Усилитель А1 имеет два коэффициента усиления Ку(н) и Ку(кз). Коэффициент усиления за счет R4 выбирается таким образом, чтобы Ку(н) =16Ку(кз). Подключение R4 в цепь обратной связи А1 осуществляется с помощью ключа Кл1, собранного на полевом транзисторе. При малых токах нагрузки i1 ключ Кл1 закрывается и R4 им не шунтируется. При этом коэффициент усиления становится равным Ку(н). При больших токах КЗ напряжение на выходе А1 превышает допустимое и с помощью Кл1 можно зашунтировать R4, уменьшив тем самым усиление А1 в 16 раз. С помощью изменяющегося Ку эффективно используется вся разрядная сетка АЦП, что значительно повышает точность измерения как iн, так и iкз одним и тем же АЦП. Сигнал с выхода выпрямляется с помощью А2 и диода Д1. Выпрямленный сигнал в дальнейшем поступает на АЦП. В схеме на рис.8.2 исключены цепи отрицательной обратной связи для компенсации МДС намагничивания магнитопровода, т.к. предполагается, что выбранный ТТ линейный во всем диапазоне измерения. Последнее значительно снижает требования к дрейфу нуля и напряжению смещения в ОУ, т.к. коэффициент усиления А1 в рассматриваемой схеме небольшой (Ку(н)=16).
Активные измерительные трансформаторы напряжения
Рис.8.3
Первичное напряжение 100В (U1) c выхода ТН энергообъекта трансформируется в напряжение 5-10В в обмотке W2, масштабируется с помощью R1. Низкочастотным фильтром R2C1 отфильтровываются ВЧ помехи. В усилителе А1 осуществляется окончательное масштабирование сигнала (с помощью R4). Активный выпрямитель А2Д1 осуществляет точное выпрямление аналогового сигнала
Особенности передачи цифровых и аналоговых сигналов при длинных линиях связи и межплатных соединениях В тех случаях, когда цифровые сигналы должны передаваться по кабелю или между измерительными приборами возникают специфические проблемы. Важную роль играет влияние емкостной нагрузки на высокочастотные сигналы, синфазные перекрестные помехи, а также «эффект длинной линии» (отражения от несогласованной нагрузки).
Внутриплатные соединения
Ток переходного процесса выходного каскада
Двухтактная выходная схема ТТЛ и КМОП состоит из двух последовательно соединенных транзисторов, включенных между шинами +Un и земли. Когда состояние выходного каскада изменяется , оба транзистора кратковременно оказываются в открытом состоянии. В это время от шины +U на землю протекает импульс тока, который создает короткие (5-20нс) отрицательные выбросы на шине +Uп и положительные выбросы на шине земли.
Рис.9.1
Предположим, что ИС1 переключается, и рядом с ней находится ИС2, являющаяся «пассивным свидетелем» происходящего. Пусть на выходе ИС2 действует сигнал «1», который управляет дальше ИС3. Тогда положительный выброс, действующий на земляном проводе ИС2 появится также на выходе последней, и при его достаточной величине воспримется ИС3 как непродолжительный полноценный сигнал «0». Такой импульс, усиленный DD3, легко может переключить триггер. Для устранения подобных помех необходимо: Использовать по всей плате мощные земляные шины вплоть до выделения одной стороны печатной платы под поверхность заземления. Шунтировать шины питания по всей плате с помощью конденсаторов. В устройствах на ТТЛ лучше всего около каждых 1-3шт. ИС устанавливать конденсатор емкостью 0,05-0,1мкФ, а в пределах всей платы установить несколько танталовых конденсаторов большой емкости (10мкФ*10В). Конденсаторы обеспечивают низкий импеданс шин источников напряжения на высоких частотах, что препятствует возникновению связей между элементами через источник. Емкость нагрузки – причина выброса Для выхода цифрового элемента частью общей нагрузки являются емкость монтажа и входная емкость элемента, которым управляет этот выход (5-10 пФ). При резком переключении выхода из одного состояния в другое через такую нагрузку протекает большой ток.
Рис.9.2
Пример: При переключении одного ТТЛ вентиля, управляющего тремя входами ТТЛ , соединенных короткими проводниками, ток в момент переключения = 25мА (в установившемся режиме 7-8мА), что в течении 2нс на длине проводника 2,5 см вызывает выброс 0,15В. Способы борьбы аналогичны предыдущему случаю.
Межплатные связи
При межплатных связях возрастает емкость проводников, удлиняется цепь земли, поскольку теперь она должна проходить по кабелям , разъемам, удлинителям и т.п. Поэтому выбросы по шине земли, которые возникают из-за токов переключения, больше по величине. Следует по возможности избегать разветвления тактовых сигналов между платами, а провода заземления отдельных плат делать достаточно мощными. Если тактовые сигналы поступают с платы на плату, на входе каждой платы нужно установить промежуточный вентиль. Кроме того, все критичные схемы всегда желательно объединять на одной плате.
Шины передачи данных
Шиной передачи данных называется совокупность параллельно идущих линий связи, по которым обеспечивается передача информации от любого из нескольких источников к любому из нескольких приемников. Наиболее часто шины передачи используются в микропроцессорных системах управления объектами. Проблема помех для шин из-за большого числа параллельно идущих линий и их достаточной длины еще больше усложняется. Для шин 0,4м и больше лучше всего использовать вспомогательную печатную плату с поверхностью заземления. Эта плата представляет собой простую двухстороннюю печатную плату, содержащую ряд печатных разъемов, предназначенных для подключения к ним индивидуальных логических плат. Вторая сторона платы является сплошной поверхностью заземления. При соединении одной шины с другой с помощью гибких жгутов , необходимо между сигнальными проводами располагать как разделители земляные провода.
Рис. 9.3 Расположение сигнальных и земляных проводов в плоском жгуте связи.
Кабельные связи
В связи с тем, что линии из отдельных проводников подвержены действию помех, для связи с удаленными устройствами используются витые пары и коаксиальные кабели. Для передачи/приема информации используют специальные ИС-линейные формирователи.
Выход на шины данных непосредственно с элементов ТТЛ
Рис.9.4 Работа элементов ТТЛ на линии средней длины.
На рис. 9.4.а выход в линию производится через буферный элемент (элемент ТТЛ с открытым коллектором), а на входе для повышения помехоустойчивости используется ТТЛ триггер Шмидта. При высоком уровне помех нужно применять замедляющую RC цепь (рис.9.4.б). Необходимо учитывать, что нельзя подключать к длинным линиям выходы тактируемых элементов (триггеры, одновибраторы, регистры сдвига). Если на выходах этих элементов нет буферных каскадов, емкостная нагрузка и эффекты длинной линии могут вызывать сбои или приводить к неустойчивой работе. Дифференциальные структуры ТТЛ
Рис.9.5 Кабельный передатчик и приемник дифференциальной структуры.
С помощью двух инверторов на ТТЛ в схеме рис.9.5 формируются прямой и инверсный сигналы для передачи по витой паре проводов, а линейный входной дифференциальный приемник восстанавливает уровни сигналов ТТЛ. Эта схема обеспечивает высокую степень подавления синфазных помех и хорошо восстанавливает логические уровни сигналов, искажаемые при передаче по линии связи.
Формирователи для коаксиального кабеля
Благодаря полному экранированию коаксиальный кабель обеспечивает высокую помехозащищенность (защиту от взаимных помех).
Рис.9.6
С выходов элементов ТТЛ можно подать сигнал на 50-Омный кабель при помощи эмиттерного повторителя на n-p-n транзисторе. Для защиты от КЗ включен небольшой резистор R1 (10Ом). R2 (51Ом)обеспечивает волновое согласование с кабелем связи для устранения эффекта «отраженной волны» в кабеле. |
|
)В. В современных автоматических устройствах, выполняемых на интегральных микросхемах, значения соответствующих напряжений и токов не могут превышать 5-10В и 5-10мА. Поэтому простейшими измерительными преобразователями являются вторичные измерительные ТН и ТТ, предназначенные для снижения абсолютных значений U и I. Одновременно эти преобразователи осуществляют гальваническую развязку от цепей энергообъекта. Вторичные измерительные трансформаторы по ГОСТу называются сигнальными, и в зависимости от режима работы делятся на измерительные трансформаторы тока, трансформаторы напряжения и трансреакторы - преобразователи тока в ЭДС.
