Информационно измерительная система удалённого действия для контроля светового излучения (стр. 5 из 6)
Управление многоточечной системой модулей осуществляется центральным компьютером путем передачи через последовательный порт символьных команд и приема ответных сообщений от модулей. Команды представляются в формате ASCII. Таким образом, сеть последовательной передачи данных может управляться компьютером. Для сопряжения ЭВМ с модулем ADAM-5018 необходим сетевой интерфейс RS-485.
Для расчета усилителя будем использовать биполярный транзистор КТ501Г с параметрами [2]:
− коэффициент усиления по току В = 18;
− макс. допустимое напряжение коллектор-эмиттер Uк.э.макс.доп= 30 В;
− максимально допустимый ток коллектора Iк.макс.доп =300 мА;
− макс. допустимая мощность рассеивания на коллекторе Pк.макс.доп =0,35 Вт;
− обратный ток коллектора Iко =0,001 мА.
1) Находим коэффициент усиления каскада по напряжению
(4.1)2) В семействе выходных характеристик транзистора КТ501Г (рисунок 4,а) выбираем рабочую точку P. Для этого принимаем в режиме покоя
Uк.э.p=(0,2÷0,3)∙Ек=0,25∙40=10 В; (4.2)
Iк.p=0,5∙Iк.макс.доп =7,5 мА. (4.3)
Проверяем правильность выбора рабочей точки. Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора в режиме покоя,
Pк.p= Uк.э.p∙Iк.p=7,5∙10∙10-3 =75∙10-3 Вт<< Pк.макс.доп =0,35 Вт.
Таким образом, с учетом допустимой мощности рассеяния рабочая точка выбрана правильно.
3) В семействе входных характеристик транзистора (рисунок 4,б) находим рабочую точку P’.
Эта точка расположена на кривой при Uк.э = Uк.э.p=10 В и соответствует току Iб.p=300 мкА. Рабочей точке P’ соответствует напряжение
Uб.э.p=300 мВ=0,3 В.
а - выходные; б - входные
Рисунок 4.1 – Характеристики транзистора КТ501Г
4) По характеристикам транзистора определяем его характеристические проводимости Y11, Y12, Y21 и Y22 в рабочей точке.
Для определения Y11 воспользуемся характеристическим треугольником АБВ (рисунок 3,б), построенным в районе рабочей точки P’. Из этого треугольника следует
(4.4)(при Uк.э =10 В= const).
Параметр Y12 определяется также по входным характеристикам транзистора. Для этого при постоянном напряжении Uб.э =const, соответствующем рабочей точке P’, определяем приращение тока базы ∆Iб при изменении напряжения на коллекторе Uк.э .
В справочнике для транзистора КТ501Г приведены лишь две входные характеристики – одна, снятая при Uк.э =0, а другая соответствует Uк.э =5 В.
Этих кривых для определения Y12 недостаточно. Поэтому ориентировочно проводим еще одну кривую зависимости Iб =φ(Uб.э ), соответствующую Uк.э ≈
≈3 В.
При Uб.э.p=300 мВ=constизменение напряжения на коллекторе от 5 до 3 В ведет к изменению тока базы от 300 до 600 мкА. Таким образом,
(4.5)Для определения параметра Y21 воспользуемся сначала выходными характеристиками (рисунок 4,а), на которых в области выбранной точки Р находим приращение тока ∆Iб и соответствующее ему приращение тока ∆Iк при постоянной величине Uк.э.p..
Из рисунка 4,а видно, что при изменении тока базы от 300 до 400 мкА ток коллектора изменится от 7,5 мА (точка Р) до 10 мА (точка М). Таким образом, ∆Iб =75 мкА, а ∆Iк =2,6 мА.
Для определения соответствующего приращения напряжения на базе обращаемся к входным характеристикам (рисунок 4,б), и в области точки P’ находим, что приращению тока ∆Iб =75 мкА соответствует приращение ∆Uб.э = =30 мВ. Тогда
(4.6)(при Uк.э =10 В= const).
Аналогично можно найти и параметр Y22.
Для этого по входной характеристике определяются взаимосвязанные приращения ∆Uк.э и ∆Iб, а затем на выходных характеристиках находят соответствующее ∆Uк.э приращение ∆Iк.
Так изменению напряжения от Uк.э=5 В до Uк.э=3 В (∆Uк.э=2 В) соответствует изменение тока базы от 300 мкА (точка P’) до 500 мкА (точка Г), т.е. ∆Iб=200 мкА.
В семействе выходных характеристик (рисунок 4,а) отмечаем точку К, соответствующую Uк.э=3 В и Iб=500 мкА. Очевидно также, что координатам Uк.э=5 В и Iб=400 мкА соответствует точка Р [4].
Точке К соответствует ток Iк=13 мА, а в точке РIк=7,6 мА, т.е. ∆Iк=13-7,6=
=5,4 мА. Следовательно,
(4.7)(при Uб.э = const= 0,3 В).
5) Проверяем правильность выбора транзистора по формуле
(4.8)Получаем
R4=Rн=3 кОм.
Таким образом, неравенство (4.9) выполняется.
6) Находим величину сопротивления R3 по формуле
Ом (4.9)Выбираем номинальное R3=1,2 кОм.
Мощность, рассеиваемая на резисторе R3, равна:
Вт.Выбираем резисторы R3, R6 типа МЛТ-0,25.
7) Определяем ток, протекающий по сопротивлению R5
А (4.10)8) Находим величину сопротивления R5 по формуле:
Ом (4.11)Выбираем номинальное R5=1300 Ом. Мощность, рассеиваемая на резисторе R5, равна
Вт.Выбираем резистор типа МЛТ-0,5.
9) Находим величину сопротивлений R1 и R2. Сопротивления делителей R1 и R2 обеспечивают устойчивость рабочих точек транзисторов по базовым цепям. Поэтому токи делителей должны быть больше токов баз в А раз, причем А в большинстве случаев можно принять равным А=3 – 5.
Принимаем А=5. Тогда
мА (4.12) 
мА (4.13)Величину сопротивлений R1 находим по формуле:
Ом (4.14)Принимаем номинальное R1=10 кОм.
Мощность, рассеиваемая на резисторах R1, равна:
Вт.Выбираем резисторы типа УЛМ-0,12.
Находим R2:
Ом (4.15)Принимаем R2=12 кОм
Мощность, рассеиваемая на резисторах R2, равна:
Вт.и выбираем резисторы типа УЛМ-0,12.
10) Находим входное сопротивление каскада R’вх без учета влияния сопротивлений R1 и R2: (4.16)11) Определяем сопротивления Rд делителей между базами транзисторов:
кОм (4.17)12) Находим результирующее входное сопротивление Rвх. Сопротивления R’вх и Rд включены параллельно . Поэтому
Ом (4.18)Составляем схему рассчитанного каскада [4].
Рисунок 4.2 – Схема транзисторного усилителя
5 Определение метрологических характеристик измерительного канала
Под метрологическим обеспечением ИИС понимается комплекс мер, направленных на достижение и поддержание в этих системах требуемой точности измерений.
Наиболее важной и ответственной частью метрологического обеспечения является определение комплекса метрологических характеристик, который позволяет оценить точность системы и провести ее поверку. Метрологические характеристики ИИС в значительной степени определяются параметрами измерительных каналов (составом измеряемых физических величин, динамическим диапазоном измерений, погрешностью измерений и т.п.) и источников стимулирующих воздействий.
Метод установления и определения метрологических характеристик измерительных каналов систем выбирают с учетом особенностей построения систем. Метрологические характеристики устанавливают посредством их нормирования либо оценки расчетным или экспериментальным методами [5].
Метрологические характеристики измерительного канала разработанной информационно измерительной системы целесообразно оценивать расчетным путем. При этом необходимо контролировать метрологические характеристики всех измерительных компонентов данной схемы: датчики видимого светового излучения LUX LITE, устройств ADAM-5000, блока усиления и линии связи. Рассчитать погрешность измерительного канала очень сложно, и поэтому на практике пользуются грубыми методами, сущность которых сводится к следующему. Если отдельные измерительные компоненты ИИС охарактеризованы пределом допускаемого значения суммарной погрешности измерений, то предел полной погрешности ИИС находят суммированием пределов суммарных погрешностей компонентов. Полную систематическую погрешность ИИС находят суммированием систематических погрешностей ее компонентов.