Geum.ru

Содержание общие вопросы метрологического обеспечения измерительных систем 9 Брюханов В. А. 9

Вид материалаДоклад

Содержание


Оценка погрешности преобразованиясопротивления электрических цепей в напряжение
Трундов А.В.
Подобный материал:
1   ...   26   27   28   29   30   31   32   33   34

Оценка погрешности преобразования
сопротивления электрических цепей в напряжение


Важнейшим узлом средств измерений параметров электрических цепей (ЭЦ) является измерительная схема (ИС), осуществляющая преобразование сопротивления ЭЦ в напряжение. При моделировании ИС обеспечение приемлемой для практики достоверности оценки погрешности такого преобразования возможно только при учете множества факторов, характеризующих неидеальность элементной базы ИС и формирователя входного воздействия, нестабильность параметров схемы при изменении внешних условий, наличие изменяющихся во времени паразитных связей, помех и т. д. Одновременно учесть такое большое число параметров позволяют средства схемотехнического моделирования PSpice, OrCAD и др. Ниже рассматриваются особенности методики оценки погрешности преобразования сопротивления ЭЦ в напряжение по результатам моделирования с применением названных пакетов программ.

Предложенная авторами методика основана на сопоставлении полученных в результате моделирования выходного напряжения модели ИС с реальной передаточной функцией и выходного напряжения модели ИС с номинальной передаточной функцией . Абсолютная погрешность преобразования находится как разность текущих значений этих напряжений:

. (1)

График зависимости относительной погрешности преобразования

(2)

от времени можно получить, проводя вычисления в соответствии с (2) непосредственно в программе графического представления результатов моделирования Probe при условии задания такого интервала времени вывода графика, в пределах которого не обращается в ноль.

Вид напряжения зависит от способа построения ИС и вида входного воздействия. При построении аппаратно-программных комплексов для определения параметров множества ЭЦ различных конфигураций с разным числом элементов, параметры которых изменяются в широких пределах, многофункциональность может быть обеспечена путем использования алгоритмов анализа переходного процесса в ИС при воздействии на нее несинусоидального напряжения. С помощью одной ИС определенной топологии невозможно обеспечить требуемые энергетические режимы преобразования сопротивлений ЭЦ широкой номенклатуры. Для выбора требуемого энергетического режима преобразования (при заданном токе или при заданном напряжении) приходится в ИС изменять место включения исследуемой цепи с сопротивлением и опорного элемента с сопротивлением – либо в цепи отрицательной обратной связи операционного усилителя (ОУ) в инвертирующем включении, либо или в его входной цепи (рис. 1, а). При преобразовании в напряжение малых сопротивлений (например, при измерении параметров катушек индуктивности), вместо подключения к выходу ОУ дополнительных транзисторных каскадов усиления мощности, целесообразно использовать источники тока, управляемые выходным напряжением формирователя опорного сигнала (ИТУН на рис. 2, а). При использовании однополярного импульсного входного воздействия для стабилизации режима ОУ по постоянному току требуется периодический разряд емкостей в цепи его отрицательной обратной связи с помощью аналогового ключа (Кл). На выходе ИТУН ключ замыкается в конце цикла измерения для устранения выбросов напряжения противоположной полярности, возникающих за счет ЭДС самоиндукции в катушке индуктивности, питаемой импульсами тока.

Модель ИС с реальной передаточной функцией строится с учетом неидеальности элементной базы. Для представления микросхем аналоговых ключей и ОУ используются макромодели, учитывающие их основные статические и динамические параметры. В частности, используемые авторами при макетировании ИС быстродействующие ОУ OPA655 при моделировании представляются макромоделью, разработанной производителем (Burr-Brown Corp.). При описании входного воздействия учитывается длительность фронтов импульсов. В состав модели ИС могут быть включены паразитные емкости печатной платы.




а б

Рис. 1.



а б

Рис. 2

Номинальная передаточная функция модели ИС получается при условии идеальности параметров всех пассивных и активных элементов схемы. При формировании номинальной передаточной функции ИС на основе ОУ (рис. 1, а) необходимо иметь возможность отобразить как режим заданного напряжения при включении исследуемой ЭЦ во входной цепи ОУ, так и режим заданного тока при ее включении в цепи отрицательной обратной связи ОУ. Такие ИС предложено представлять моделью, представленной на (рис. 1, б). Входная цепь ОУ моделируется при помощи независимого источника напряжения и сопротивления, идентичных источнику и сопротивлению входной цепи ОУ в схеме на рис. 1, а. Цепь отрицательной обратной связи ОУ моделируется при помощи линейного источника тока , управляемого током (ИТУТ), и сопротивления, идентичного сопротивлению в цепи отрицательной обратной связи ОУ реальной ИС. Ток источника управляется током источника с коэффициентом передачи : . При на выходе модели получается номинальное выходное напряжение ИС.

Модель ИС на основе ИТУН (рис. 2а) с номинальной передаточной функцией приведена на рис. 2б, где – линейный источник тока, управляемый выходным напряжением независимого источника напряжения , идентичного , с коэффициентом передачи , причем .

Использование предложенных моделей ИС позволяет исследовать зависимости погрешностей преобразования сопротивления ЭЦ в напряжение от различных влияющих факторов с целью оптимизации режимов работы ИС и определения диапазонов измерения параметров ЭЦ, исходя из заданного предела допускаемой погрешности.

Авторы

Светлов Анатолий Вильевич – зав. кафедрой “Радиотехника и радиоэлектронные системы” Пензенского государственного университета

Ушенин Дмитрий Алексеевич – аспирант кафедры “Радиотехника и радиоэлектронные системы” Пензенского государственного университета

Ушенина Инна Владимировна – аспирантка кафедры “Радиотехника и радиоэлектронные системы” Пензенского государственного университета.

Россия, 440026, Пенза, Красная, 40 Тел. (841-2) 36-82-17

Трундов А.В.