Построения измерительных

. До появления ИМС в схемах автоматики и вычислительной техники преимущественное распространение имели потенциально-импульсные схемы логики. Однако в связи с>тем что для построения импульсных и потенциально-импульсных схем необходимы такие элементы, как конденсаторы, трансформзторы, резлизация которых вИМСззтрудненз, логические ИМС, кзк правило, строятся на базе электрических схем потенциальной логики.

§ 6.1. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ УСТРОЙСТВ

§ 6.1. Принципы построения импульсных устройств..... 153

Для построения импульсных усилителей необходимы широкополосные каскады усиления. Показателем качества широкополосного каскада усиления является его площадь усиления: Syc = H0farp, где Я0 — коэффициент усиления на средних частотах; в гр — верхняя граничная частота. Для построения широкополосных усилителей используются усилительные приборы с максимальным отношением крутизны к емкости, нагружающей каскад С0, что следует из выражения: Syc = S/(2nCQ).

Возможности построения импульсных устройств на интегральных схемах рассмотрим на примерах использования обобщенной макромодели применений ОУ, приведенной на 17.10.

Импульсный сигнал прямоугольной формы можно представить двумя фиксированными уровнями напряжения. Если минимальному напряжению присваивается символ «О», а максимальному — символ «1», то импульсный сигнал становится цифровым сигналом. Это позволяет при проектировании импульсных устройств использовать цифровые методы анализа (алгебру логики) их построения. В настоящее время это наиболее перспективные методы анализа и построения импульсных и цифровых устройств. В импульсных устройствах широко при-. меняются линейные электрические цепи, состоящие из резисторов и конденсаторов. Рассмотрим некоторые свойства этих цепей.

В книге даны основные сведения об импульсных сигналах; рассмотрены методы анализа процессов, происходящих в импульсных устройствах, линейные и нелинейные устройства преобразования импульсных сигналов; изложены основы проектирования логических устройств, вопросы построения импульсных устройств на базе операционных усилителей; приведены основные расчетные соотношения для генераторов импульсов, селекторов импульсных последовательностей по частоте повторения и длительности; описаны элементы цифровых устройств.

Основой разрабатываемых в промышленности импульсных устройств стали интегральные схемы цифрового и аналогового типов. Широкое использование интегральных элементов наложило отпечаток на принципы построения импульсных устройств. Так, с освоением промышленностью логических интегральных элементов стали быстро развиваться цифровые методы обработки сигналов и соответственно методы проектирования цифровых устройств. Освоение интегральных микросхем аналогового типа и в первую очередь операционных усилителей обусловило разработку методов построения импульсных каскадов с использованием подобных интегральных компонентов в качестве активного элемента устройства.

— совершенствование больших интегральных схем (БИС) для построения импульсных устройств (БИС позволяют реализовать миниатюрные многоразрядные счетчики, регистры, полупроводниковые запоминающие устройства, микропроцессоры);

Быстродействующие ОУ имеют большую скорость изменения выходного напряжения до 200—500 В/мкс. и используются для построения импульсных и широкополосных устройств.

Наиболее универсальными являются ИМС второй группы, которые, по существу, представляют собой набор элементов для построения импульсных стабилизаторов различных типов. Из этих микросхем наиболее совершенной является ИМС типа 1156ЕУ1 (uA78S40), упрощенная структурная схема которой приведена на 33.1 а. Микросхема представляет собой набор типовых блоков импульсного стабилизатора, расположенных на одном кристалле. В состав ИМС входят следующие узлы и блоки: источник опорного напряжения 1,25 В; операционный усилитель с напряжением смещения 4мВ, коэффициентом усиления больше 200 тыс., скоростью нарастания 0,6В/мкс; широтно-импульсный модулятор, включающий задающий генератор, компаратор, схему «И» и Л5-триггер; ключевой транзистор с драйвером (предварительным усилителем); силовой диод с прямым током 1А и обратным напряжением 40 В.

Общие свойства операционных усилителей. С развитием интегральной технологии производства наиболее распространенным элементом для построения измерительных органов различных устройств становится операционный усилитель. Он представляет собой высококачественный усилитель постоянного тока с дифференциальным входом, обладающий высоким коэффициентом усиления,, большим входным и малым выходным сопротивлениями.

11. Фабрикант В. Л. Основы теории построения измерительных органов релейной защиты и автоматики. М., 1968.

Так, например, в НПИ под руководством А. Д. Дроздова образовался сильный коллектив (В. В. Платонов, А. С. Засыпкин, Э. В. Подгорный и др.), разрабатывавший вопросы создания устройств на базе теории цепей с ферромагнитными сердечниками и исследовавший работу электромагнитных трансформаторов тока и напряжения в переходных режимах, поведение защит при бросках тока намагничивания силовых трансформаторов, защит последних и некоторые другие. В РПИ была создана проблемная лаборатория по использованию полупроводников в технике релейной защиты, которая под руководством В. Л. Фабриканта, ранее работавшего в СРЗиУ ТЭП, выполняла ряд полезных исследований и разработок совместно с кафедрой автоматизированных электрических систем того же института (А. С. Саухатас, Л. А. Орехов, Л. Б. Паперно и др.). Необходимо отметить большой вклад В. Л. Фабриканта в создание как законченной теории построения измерительных органов релейной защиты применительно к выполнению органов на электромеханической элементной базе [3], так и теории, охватывающей ряд важных вопросов осуществления органов на полупроводниковой базе [4]. В. Л. Фабрикантом создана также общая теория построения пассивных фильтров симметричных составляющих [5]. В УПИ под руководством В. Е. Полякова проводились полезные исследования и разработки по применению аппарата математической логики в технике релейной защиты. На кафедре РЗиА МЭИ разрабатывались вопросы защиты линий электропередачи постоянного тока высокого и сверхвысокого напряжений под руководством В. М. Маранчака (В. Н. Новелла и др.), защиты линий переменного тока высокого и сверхвысокого напряжений (В. Г. Дорогунцев и др.), принципы построения защит с ТА и TV на цифровой базе (В. Е. Казанский, Я. Л. Арци-шевский). В ЛПИ под руководством Г. М. Павлова (В. К. Ванин и др.) начали развертываться работы по использованию для защиты элементов диалоговой вычислительной техники. В ИЭД АН Украины (И. М. Сирота, Б. С. Стогний) проводятся разработки оригинальных защит от замыканий на землю в генераторах и сетях, новых типов ТА с разрезными сердечниками.

4. Фабрикант В. Л. Основы теории построения измерительных органов релейной защиты и автоматики. М.: Высшая школа, 1968.

Развитие методологии измерений величин на основе включения в измерительную цепь программируемой вычислительной мощности (процессора) влечет за собой, как уже указывалось, бурное развитие алгоритмического обеспечения, т. е. существенный рост многообразия вариантов построения измерительных процедур. Это требует систематизации сведений об их особенностях, возможностях и путях реализации. При этом следует иметь в виду, что измерительные преобразования выполняются как в аналоговой, так и в числовой форме. При реализации измерительной процедуры их связывает операция аналого-цифрового преобразования. Наличие в измерительной цепи обратной связи процессор — аналоговый преобразователь обеспечивается цифро-аналоговым преобразованием.

7.2. Укажите на особенности построения измерительных усилителей, приведите их основные технические характеристики.

В первой части книги рассматриваются разновидности измерительных преобразователей, сгруппированных по общности теории физического принципа действия. Во второй части — методы построения измерительных устройств, сгруппированные по общности теории относительно больших структурных классов. И, наконец, в третьей части книги дается обзор различных методов измерения для наиболее характерных групп измеряемых величин с иллюстрацией ограниченным числом конкретных примеров измерительных устройств.

В соответствии с двумя методами построения измерительных цепей указатели электрических приборов могут быть разделены на две группы: указатели нуля и указатели текущего значения.

выходные) трансформаторы без боязни ухудшить частотные характеристики аппаратуры. Кроме того, узкополосный усилитель может быть сделан нечувствительным к напряжениям наводок технических частот (50 или 500 гц). Методика проектирования усилителей достаточно подробно изложена в соответствующих руководствах [Л. 152; 235]. Поэтому ниже приводятся лишь соображения по применению усилителей в цепях приборор для измерения неэлектрических величин и ряд специфических особенностей построения измерительных усилителей.

7.2. Укажите на особенности построения измерительных усилителей, приведите их основные технические характеристики.

12. В. Л. Фабрикант. Основы теории построения измерительных органов релейной защиты и автоматики. «Высшая школа», 1968.