Vedoucí odd, 213: Datum vydání : log. V. Polívka c 1971

Transkript

1 С. úkolu 1//21V2116/61/71 Zesilovač odchylky Počet liftfi Liet Clilo TESLA Výakuaný ustav přístrojů Jaderné techniky Přemyšlení, p. Zdiby ZESÍLOVA ODCHYLKY v Řešitel :,.., Číslo zprávy : J. Vávra.v/;^>í\.V;V /2116/61/71 Hlavní řešitel ; ' ">/>,' D ruh zprávy : Ingo Jo Brabenec * dílčí, ^к.,а Vedoucí odd, 213: Datum vydání : log. V. Polívka c 1971 Vedoucí odboru <1. jí Číslo icopte : Ing. Jar. Kula C3c Wk Vedoucí ieeku RVI : Ing. 0. Oilar J Obrásky : 6 í Ьл! A Vypru v i I. Jo Yóvre i..i* \ i > i - * i < i )»r i/ in

2 č. úkol. 213/2116/&/71 Zesilovač odchylky Počet listu ТГ Lt»t еьи Zpráva se zabývá návrhem obvodu vhodného pro realisací pomérné odchylky (U - y 0^Uo p *^ ručním zadávání U. Vstupní signál Li i výstupní odchylka U^ jsou vyjádřeny analogovým napětím. Hodnotu U je možno zadávat na panelu přístroje i dálkově. Při návrhu obvodu je věnována pozornost жеjména dosažení stelých chyb přístroje ve dvou rozsazích (OV» 100 % a 10 %). Jsou uvedeny dosažené parametry pro provedení I ( 24 V) a základní úvahy o provedení II ( 12 V).

3 С. ukulu Zesilovač odchylky Počet listfi 37 Li* řuio 3 0 b s a h list < - Úvod 4 Specifikace požadavku na m^řič odchylky 1.x. Realizace poměrné odchylky 1.2. rozbor chyb ш&мсе odchylky lc3. Požadované parametry přístroje 1.4. Obdobné zahraniční výrobky 2 'iožnosti řešení 2.1. Úvod 2.2c Obvod typu Obvod typu Obvod typu U Realisace měřiče odchylky Provedení 1 Provedení Zajiáténí spolehlivosti 3.4. Dosažené parametry Závěr oe*nam použité literatury 31 32

4 С úkok 21V 2116/61/71 Zesilovač odchylky Pocct tíná yy Li*c СЫо -o э a -a 3 U v 3 < l LU С G. С ti a < _j -U Navrhovaný přístroj je součástí připravované stavebnicové soupravy, určené pro ziéření a řízení výkonu jaderného reaktoru s případnou možností použití i v jiných oblastech řízení a kontroly průmyslových procesu. Základní vlastností reaktoru jako regulované soustavy je jeho nelínearita, zesílení reaktoru je totiž přímo závislé nz výkonu, při němž tento pracuje (viz např.[ij). Tato okolnost je pro re/mlační obvod nežádoucí a pro návrh uspokojivé automatické regulace reaktoru je nutné tuto odvjsinat zesílení na výkonu odstraníte Obměníme tedy běžné schema regulačního obvodu tak, že místo prosté regulační odchylky n-n (n je skutečné a n э o požadovaná hodnota regulované veličiny) budeme vytvářet poměrnou regulační odchylku (n-n )/n - viz obr. 1. Dostaneme potos zesílení otevřené regulační smyčky reaktoru га určitý-h předpokladu nezávislé na výkonu, což nám umožní nšvrb uspokojivé automatické regulace. Použití poměrné regulační odchylky aůže být výhodné i v jiných obl-istech automatické regulace, zejména případech,kdy se regulovaná veličina poaybuje ve velkém rozsařlu, např. v rozmezí jednono i více řádu. soužití poměrné odchylky v tomto případě zajiátuje, že poměrná citlivost i dynamické vlastnosti regulačního systému jsou nezávislé na velikosti regulované veličiny. Účelem této práce je práv л návrh obvodu, který by vytvářel poměrnou odchylku (n-n 0 )/n Q. Vlastní problematika souvisí značné s technikou analogových počítačů, a rotože tento obor je velmi rozvinut, ami obtížné nalézt řadu obvodu realisujícícn požadovaný funkční vztah* V»D' V ia í i

5 Č. úkolu 215/2116/61/71 Zesilovač odchylky Počer listu ZL Ltit еыо Je protovaapotrebí vybrat vhodný obvod, přičemž hlavním hlediskem výběru jsou zejména vlastnosti přístroje z hlediska celé soupravy a jeho vhodnost pro uvažovaný způsob použití o Dle zadání dkolu je navrhovaný přístroj nazýván Zesilovač odchylky". Pro lepší názornost vzhledem к používání zesilovačů jako součásti vlastního přístroje je v textu používán vhodnějáí název Měřič odchylky". Oba názvy znamenají totéž»

6 г С. úkolu 213/2116/61/71 Zesilovač odchylky Počet lurt Litt tteto 6» -о 3 и 3 I. SPECIFIKACE PCŽAJAVK8 NA MĚftlč ODCHYLKY 3 г, < S1 1.1 Realisace^aqměrné odchvlkv т -3 Vrátíoie se nyní ке scheoiatu regulačního -"bvodu na obre 1^ Neutronový tok je sníaén detektorem neutronu (např* ionlsační Komorou), jehož 3ignál je déle zesilován v proudovém zesilovači o Porovnávací člen vytváří poměrnou regulační odchylku. Tato odchylka ae dále zesílí odchylkovýa zesilovačem a po lalěím zpracování (úprava přenosu regulační зауску а výkonové zesílení) řídí za ропюс! akčního členu (servomotoru)) poloh.i regu- ^Sifii wjv, e '.'a rozdíl od prosté odchylky nelje poměrnou odchylku vytvářet +,ak zcela snadno, takže obvykle nevystavíme s pasivním obvodem 0 Je proto výhodné spojit srovnávací člen a zesilovač poměrné 'úchylky do jednoho :elku, který budeme nadále nazývat ШЛМ^Е odchylky 3 Mořic odchylky за teiy realisovat vztah * / - \ r\ K.de D je výstupní poměrná odchylka v % srovnává o.i veličiny U je V3tupni signal, vyjadřující.nějakým způsobem velikost regulovaná veličiny J 0 ^' e 3 rovnávací nodnota zadaná ručné operatnr "ttíii, 3 ivo uvažovaný způsob použití se předkládá, žo vstupní signál У i výst;pní odcnyika D budou vyjádřeny formou analogového napatí*. r -:učnř zadané veličina U muže být potom vyjádřena dvojíc zpvsobem : Г i^r-

7 С. úkolu 213/2116/61/71 I Ze SII'VH: ^dcir/i^v Počet liaefl List Clilo t г в % v 3 'si < v hodný in т. '^'VodecTi ín-чрг. regulovatelným zdrojem přesného napatí r? Vjtváří analogové napětí, ia-lrné nastavené hodnot* : Měřič odchylky potom realisuje vztah (1.1) podobn^ jako analogový počítač. ručnía nastavením se n^ní рмзю nésterý ;;ara2ietr přístroje. -3 o Ve dru hex případe není raozne ku oří;ar> Docle vztahu vl.l). rozlisovat Jor^viae з: ")Prno;.i "! _'С;,','1- tečy ;-.--re "cnoz ^ и = * ; и Vidíme tedy, že musíme pro uvažovaný případ uvn.it zesílení v parametr ) obvodu nepřímo -jadrně s nastavenou nod юtou У. Odečtení jednotky je snadné. < 7 Vsimn ne si, že pro У =0 ztrácí výraz (1.1) i (lo2, í smysl, hovněž v praxi пешв replace při nulové re^rulované ve~íči r5 vyznaní. Je proto vhodné oínezi t nějakým způsobem г^гзаг J\ JváŽíne-li, že proudový zesiloval dodávající 3 i *^ná 1 J -v s d e л a í i ck у ; г e o í n аше гс з з a ny, - ze el a i o s t a- čuj;ící v^lit У v.úezíc.o 0.1 Joiax až JTVÍX* Ve v-odné mvnéž omezit rozsa:; výstupní odev/i^y li. e j =-100* a naooak ого У = J шах = 10 У + 900%, což nfqifí praktický 7.>.;:., 4 д. Je zcela dostačující, zvolí ле-ii о rozsah ú ~ + ууг až 10O*. Pracuje-li re^rul^ční obvod dobře, je veličina J velmi blízká hodnoté U, takže je naopak vhodné a pro pe^lační obvod výhodné siedovst odchylku D v užším rozsahu, nap* e + 10%.

8 č úkolu 213/2116/61/71 7 Zesilovač odchylky P<K«11*6 3? Ltct Ctek ř Rozbor chvb měřice odchylky Vyjádří:ae-li odchylku -/ ve formě r;a::*t< uv, zubíme 7Z*.?h v 1.1^ Dřepsat пя tvír 4 i < ": : -e к-"ti stan ta a iódřenéai :;a:;étíe k=10v pro ~oz3-4h oichyie* - 100* vrozáah A) а к = 1O0V :r r^z3*an odchylek 10% (го z за:. 3). 'Jv-ižu.leme nyní r»n'il tfový obvod, litery realisuije vztah (1.3) přímo ; tj..--.': rve :: - vede odečtení J-íJ 9 D^to d-^^í tato hodnotu o /vrazesi J. '. : ří solení.\>г stan tou lze. pokud to dovolí l o ' rozkmit výstupního nap»ti operačr.ícn zesilovačů, proválet v prv^a i druhá z, obvodu. Předpokláde.i»ne, že ode citací obvod aá -jrwbu 5&, "i'lící o brv od cybucbb. Lze otol; psát ^D=[k(u-a o )(i )J-^- u*5 b J-.J '^.8 -S.)?r! r -e~ž jvažujeae, <$J-. bude tedy že <$ a <5 b «c) b + á\, :^*-" 6u, T * , (1.5) Je te- : y relativní chyba t.onoto ^éřiče odchylky nezávislá r.i naphíeh U í <J tsdy stejná pro rozsah A i Во vy Ve skutečnosti závisí no-i noty S r i < poněkud na signálech J a U, bude tedy ci у ba п.ч ;itliv*j.sírl rozaahu D poněkud vétáí. Při vyvine;;. být toto zvýšení v«-;lké. 'j:;po Vidění obvodu nemusí v.;ak

9 i k. ot 21V 2116/61/71 Zesiloval odcnylicy Pevet li«cft Л. list řltu. Vztar; (1.2) a-;že.ie preps-.t J J D = < - *J U O o.*sl^u O " kie? U' je r»effe*rná veličina :Í1^V-I.UCÍ jolcnu nastavovao -л rvicu ICV. в Г: к la lhi-пе, že ~>-iti-mt4cí ' bvoi т4 cr.v'pu сг Й> v 3 (J-.. M-} ž еше ; о to :r. о за t» о [. Í ď.. -<5,; -Í 1 elativní chyba Su á-j. = л и ; = ď. Í -.1.3) О Z^vi. яг te Vba "o-.oto -,-::ri ^e ^ic^vi^ - ::-i&i.i.e; i j т> Or.. >U,^ в v ;I;H2J + 1Д-, přenese : ;e teiy c.byb«ic$\. rw vy.;tuj ibli ze3íiená. Rovn4ž pri technické re-ilisoí /eini^k;...:: : :;. chyba, která se г;ч vý-jtupu projeví IOX ^eílené. Ve -skutečnosti závioí í pro tento i.říobř. & ч^. -, si^álecn U а U^, takže skutečné závislosti bj-iou složil :-ií..'nectérw vyjq.-ířijjí tyto z.: ednoďaó ené výpo-ft; /.'" -ikticicy z.h*t*nou s.'.ute*no-?t. i г] с

10 .\ ÍV - los ч * e;, < *. ri 4 V -"í.', ' - -I t-v. ti i i.. -í 'hct.л /ь přístroje by tedy byl^ ^. ;=-/ vítánu (lo5<. AvAíik. : ri *í.i... vtvořeni оо;;д: rrté o1c::yi^y analogovou déli čitou vychází výsledné obvodové *eáení m-mče odchylky dosti složitéjší opratí případu, f -. -»' Vr-. ^»- i' *" Л ^,.,-.» / '» }<* :>"-* Г;Ч i "a..-'i.ou ^ 1í:-t3vu,:e při I ' ovft... tupni ;ip:nál 'J covbu í,? > :e:, :u- h :::.yď t ' : tin I P.* - M t < КЛ i., l l i. V», '.ež v:,-oi-itr:í * U, ' rí Uie Ít-'DU p Г O /<- ize :.v v.-:-;r.n. n*)siu: : ou :osii obesit ' ř-í-o.. : 11 ťi:: i ť-'-.\"í spípe ''-»;»ov4,ij 5'i'.st r-t».-ru 1.4oe. '-i iii-.i^iiií* fit ; Г' t "' 1 e v z t u nu ;' I, L -, Je <. n t V ^ГгП.ти OZ! l.ovi.': ;.4Г*ше ti" i st.ro.'.с Pfi Mžení pr vp. ceiý sys t4;a řízení V)u těly & -,o i pržadqvíy пч j} * to ti.c více, -'ÍIJ.-.--, -j -. ". i oce il^hlivý, iioa- n]. o-.l i vo.:;t.* TiOtlivj'ch príst;/o~ fp jiítií 4ř»,;mé;^i -tro/ú ru.'.гош* toho.".radnic:*,.ř; " r o.-". provozníac nu :':ÍÍ\D,;* otre-;ní přísní :');j r-soiťň Я v > -. bi i o.*)--. >v v oruc:, v / -. ( / >; ;?vano ; :'í rro,;e - / i с '.čelné pou^e ; :*: sní- civ-ijí puhv^';' я./^tár,- Io: < i- ">^. ' ''. ->'. + -'< j' -.-л г.; oie.-.l ivo.'--. t ;,:' ;' у л//,«г.г výkonu J ' ; J..:oovo.-:t v v '>íi-du..p viíl,c г«л '.--» e к?» /v «nyíl r ér.o :-e--iíí ^oet '> - 'poíci П řcov^n ;'!--< iavек, яьу 7ivot^ /ednoho.;? 'í:-'trjje :;-la

11 kul Ш/2116/61/71 Zes i 1: v a č od c:.ylk \ Počet listu 37 list tlilo XX Pro uvažovaný zplsob použití je dostačující poměrně Ткн1& Нгкч pásma přenosu obvodu. Naopak je někdy žádoucí ол*пл 1osanované vysoké *asové konstanty měřiče ichylky,'^tl sčit filtrem pro 50Hz, nebol rušivé vlivy jsou zesilovaný přístroje»až loox a při nenulové výstupní hladině muče lojít к jednostranné limitaci rušivého napětí a tím irastickému zvýšení cnyb přístroje. Je zapotřebí zvolit. ;i-.-'n^ vysoký vstupní odpor, nebot výstupní nap-ti U.л :ov-í'rio zesilovače se používá i к jiným účelům. Totéž.«ti..го výstupní proud, protože za měřičem odchylky mo- '* - \ásledovst výkonová obvody (magnetický zesilovač apod.). Jhrňme si nyní dříve uvedené požadavky, které by ^él v. ^ný roj splňovat: zapotřebí realizovat měřič odchylky, který měří.ku U n n>jp^tí U od jj T T U - -J J o zjjiné nodnotv U. r»d\ v 0 J -. ť*^iito parametry: r-'..',.-^:. vstupní veličiny U -oz-a.. za iáváné veličinylf -O.'.SJ'. iíiéřenych odchylek 'ол.^п výstupního napétí С -'i^-'nost itabi ' i ta "Htjpm ^'vstupní Haje J laje odpor proud Разшо přenosu t-ední doba bezporuchc rovozu 0,1 Jma.v H z Jma. : t; 10\>%. A) i + 10%,3} + 10V pro шах. odchylku lepší jak + 5% (3) a + 1%(A) lepší jak 5% (В) а 1%(A) iloko *10 ma 0 f 100Hz 2* hod

12 č. úkol li РТЛ/2116У61/71.3esiloaač odchylky Počet listu H List Ctilo li 1.4 Obdobné zahraniční výrobky Pro srovnání uva žovanách parametrů s: uvedeme některé obdobné zahraniční výrobky. V dosažitelné literatuře byly nalezeny pouze přístroje pr<" ruční za lávaní. л Vole et pilogate 3MPB 1 [3] Blokové stavebnice francouzského výzkumnéno 3tře- Изка v Jaclay obsahuje kromé řady dalších přístrojů i podsestavu SÍJPB-1 určenou к ruční ши řízení jaderných reaktorů * ^odsestava obsahuje lineární bok 3CRLIR-1, Který po připojení dvou elektronických zesilovačů 8AC-2 pracuje jako proudový zesilovač :^ -. ' xichylky зоисавné. Dále obsahuje blok blokování э mfatního řízení 3VCL 1, který umožňuje :aístní i laikové řízení U a přepínání rozsahů zesilovače aalých proudů. 31ok rovněž z«jjišíuje kontrolní funkce (kontrolu napájecích napětí a kontrolu zda fj D nepřekročilo povolenou hodnotu) pro zajištění spolenlivoftti re/^ulace. Hozsan v я tup nich dřených proudů 10"*^ až 1С"' rozsah oichyiky 10%, i) Reactor Power Error Meter, typ Ub?* (N 592) [Л r Jc*ný přístroj anglické firmy KKGO obsahuj* proudový datektor neutronu, předxesilovč a porovnávací zesilovač, potřebné zdroje ní ;kého n.p. ti, Kontrolní o^vodvo Použití elektronkových :aod u bč.;í h zesilovačů zajiábje vysokou stabilitu ídaje. V stupni měřený ro*eah výkonů je 0,1 až 12, výstupní rozsahy odchylky 100%, 10% a!% stabilita lepší jak 0,1%. Vfpi'hS'.A J# Vávra Vydiii' 1).»,. N.í гиги с

13 Č. iikoli. 213/2116/61/71 Zesiloval odchylky Počet listu 3T Lt*c flslo ТУ 3 э С) uinfit and Deviation Jnar^nel type 8012 [5] v T3 3 < с -С Hi^leni Reactor control Division finny Elliot Brothers nabízí lineární a odchyl-:ový blok ve fori* uceleného ~eiotranzi borového přístroje, který je зозпо ioiiat v rovsdsní lineraníoi nebo lineárním a o-ir.ny'l kov^c o "*^чаи,;е rovněž potřebné zdroje napétí a kor.t.ozsfi; aéřených vstupníc:. proudů je 10" Л až 1С"-'. PH V : yl-.-iylek 100% a i O*. Chyba odchvlk;- + ~,. Ody 3 ni '- '" í o-> 1% na rozsanu odchylky 0 V^ecnny uvedené přístroje ; -^..^i. f ri? -: п..в _.ip".')vité hodnoty na princiou odp-mtá.:; :.-, ".. ;-»: 1.6). Jda je o přeano^.i 9 stabilitě r,- - ; г -.'.;.-»n-i chybí informace, zda j.-ou chyby vzta.oo'. : pii, -i výstupu přístroje. vatu а ~.1 ;aju je v i dot, že ríuro.ie umožňují ai->m t ;>~írao odchylky výkonu (tedy m*oliv jen napatí) a signaiisují automaticky n* které poručný. V uvažované stavebnicové' aoupravé j 8 připravován jak proudový zeailov-č, tak i kontrolní blok jako samostatné rístroje, nebot SP oba ve stavebnici ri-íkoiiíírát opaku,jí. Další podobné ometroje nebyly v dosažitelné literatuře nelezeny.

14 č. úkolu 213/2116/61/71 Zesiloval odchylky Počet h$tů ZL Lut Шо 14 Li, MOŽNOSTI ŘEŠENÍ eni-ii J vyjádřen^ analogovým napět lni, musí se podle srovnávací veličiny měnit některý parametr přístroje. VSinmeme-li si vztahu (1.6) zjistíme, Že tímto parametrem je zesílení, aieré se musí manit nepřímo unémě s ve i.íistí -J ~3ylo by jist ř ;aožné nalézt гч!и způsobu j!-: :aínít zesílení analogového obvodu (vstup 1 výstup 'e -mal-í^nw). ov em гпч^п- osiezu : íoí skutečností,ie zde noti-rn.' přísný požadavek rv* : řesnost в dtebilitu přístroje Jk-dzuje se, že pro ioíjhž^ní laalých chyb je výnodné měnit zesílení bu5 z^4nou íčlicího oo:néru odporového děliče nebo znanou zesílení zp ' ť~ov izebníhc zaoo /lení operačního zesilovače. 0b možnosti jsoii^o^ti podobné, r.eboí za o dp o ro v VIL d л 1 i í eno nu 3 í г o v n '* ž a. -. s 1? do v a t o p an č ní z ея i 1 o - vač. Véloinéme si rroto z-i^ojení orer-i'v.iho zesiloviče dle obr. Z. toto zapojení lze ř vil : г ztán e. e-. R, -2 i Л* и я ~л Л о и <\" к je п.-*р\! ové zesílení ор'»гч *r;í'io ;e3íl^vqč«л je paralelní ко mb i пес odlvru ггюо епус 1М,ир а-, * J, JL -I '2 R R. Platí-li А ( 71^^» ze predcnozí vzt^r. pi-ер,;;-«t ом tvar O A "4 O O «1 ' h. Vypr*., T 4ť\ti "»-> v4jér I SV T,IMU-

15 č. úkolu 21V2116/61/71 ú es i 1 o v ač o d с h.vl к v Počet li>tfi 5T" List fttio 15 Pou5ijeme-ii &isto odporu R^ proměnný odpor, takže R,=R ^0 {U\ udává o-lohu jezdce proměnného odporu, je to bezrozaérna vel i či ria J > 0,1 nž I s ' a zvr.líme-lí e~ = a U o R 2 - ň - R D lze předchozí vztah přepast na tvar R T' o U ) (2.Я r-oovnánie.li tento vztah se vztahem (1.6), vidíme že pro *- : J i v--tupni napětí J má zápornou polaritu) je výstup- :\1 o"ip -tí в л rovno poměrné odcuvlce U~, poměr R /R = к > ' ' W O p e ^-istanta, kterou lze měnit rozsah měření U p. Lze tedy tento -ovij použít к real!sací poměrné odchylky. '/.rl^něae si ještě nyní, ja/é j;sou kladeny požadavky -о op«;-iční zesilovač. Chceme-ii vztah C?.3) realisovat ;= chybou aenší než 1%, musí být * Ц Л> 100 R. N'a rozsahu 3 (K v h n = Ю) a J = 0,1 bude Д /R, = 100, tedy Я<Я /100. ' к u O x ' 0 ttusí být potom A Q > 10 0ЭД. Vlivem Г< 2 a R. jeátě klesneš, ovšem pří dostatečné velkém R : nemusí být toto zvýšení velké. JROU tedy požadavky klaiené na op rační zesilovač dosti vysoké. Použijeme proto pro naúe účely integrovaný operaci)-' zesilovač typové rady ШЛ f který má navíc i velmi :ая.1у teplotní drift. Rovnéž spolehlivost takovéhoto obvodu bude zřejmá doati vysoká 0 V praxi v.;ak způsobuje ot>bu nejen zjednodušení pro H o< A u Л» ale rovnéž od chýlíc odnoru ve vnější části opera --ního zesilovače od požadovaných hodnot. Pokusme se tedy určit cvikovou chybu výstupního napatí zesilovače. * ; ro '-?kutečnou hodnotu odporu R. lze psát R *< i8 = «i *ДН = H (1 * *-) = R (1 ) 1 ÍL l * (2.4) 'ГР'ч U^ť.. T Vvdlr Sil» Г«f (l C

16 С. úkolu 213/2116/61/71 Zesilovač odchylky Počet H«a 37 Lift «elo Rovněž lze provést následující ipravu A ji -Л = - (i + k) kde к = R - А Л o u Potom lze pro zapojení dle obr. 2 psát А Л- R u o V* (2.5) к o * [ \ a+ó.) c *~ u + tf,)j t\. o e 2 (2.6) a po úpravě Д е о = ~ e 1 R (1+cf Kl+kMU-i, ) _ Q...i ^ 1 & e- R rt íl+ď >íl+k)-(l+č- 0 0 i R. 1>(S 2 (2.7) Výraz lze ještě zjednodušit zanedbáním velmi mál» 4 veličiny druhého řádu <í к a rovněž zanedbáním výrazu ď-, «1 эс?л<< 1 o i. <_ ve jmenovatelích zlomku. Získá :ae tedy výraz o R '1 Г) R, L К V o к - <5. ) - e f o í <5 1? * o R * к - <S- Tento vztah aužeme již použít pro vypočet chyb obvoduc (2o8) Zjistíme tak,že napr. chyba ($, ее přenese na rozsahu В na výstup lox zesílená. Jsou tedy kladeny na nastavovací odpor R, přísné požadavky. Chceme-li nastavovat veličinu U* plynule, musíme použít přesný pot^nciometr Aripot, a to z rozměrových důvodu typ 16o Je ovšem nejvyšší vyráběné hodnota Aripotu 16 20kO, takže by byl při U Q = 0,1 vstupní odpor měřiče odchylky pouze 2k, což je hodnota příliš nízká«v.nr

17 č. úkolu 2X3/21X6/61/71 Zesi1ovač ode bylky Počet litcft ТГ Li«t гыо X? Připojme proto před uvažovaný oovod dal 5 í operační zesilovač, pracující jako impedanční transformátor. Získáme tak zapojení typu 1. o Obvod tygu 1 Celkové zapojení obvode je na obr. 'j. Srovnávací veličinu J* nastavujeme proměnným odporem R^, odoorem R 7 přepínáae rozsahy. % T ap*tí U a odpor R^ slouží к olečítání jednicky. Jako impedanční transformátór^zapojení operačního zesilovače, neboí napětí U je záporné polarity a chceme, aby tiadné odchylce odp-wídalo ladné napětí U.. Odpor R^ nahrbíme v praktickém provedeni kombinací odporu a potenciometru, kterým budene nulovat měřič odchylkyo Zesílení prvního stupně voiíae 1, takže ř <-, R 2 *3 = V Polrusae se nyní určit -hybu tóno to zapojení. Podobným postupem jako v předenozís И stávci bylo nalezeno (odvození zde pro stručnost neuvádíme; pre zapojení dle obr. 3, f * r «5 R n *vr,- 1 ^ ií -8, * á 7* k 2-* 5 J-' J :: ^- ;í 7* '.? "A ^n <$, -<J V ~ mi, < de <5\ až <. x azo 7 jsou chyby příslušných odporu R ]L až R 7,ď n chyb* n^pétí U n, k 1= R 2/A Л k 2 =R 7 /A u. Д je Relativní chyba u* D vztažená na plnou výchylku U~ -10V bude Dmax LOV (2ol0)

18 . úkolu 213/2116/61/71 Zesilovač odchylky Počet ltst& 37 Lt«lo 18 Zaměříme зе na citlivější rozsah 3. Pro tento případ je U n R 7 /R 6 = 100V# MÍ3to R 5 lzft P 3át R 5 =:J o* B p» kde К," 10 k a U^ udává nastavení jezdce odporu 1Ц, je to bezrozměrná veličina. Můžeme tedy položit -JR«/R,-=p.1O0V, kde p=u/u'-lv л nabývá na rozsahu В nodnot p= 0,9 až 1,1 [pro nejhorší případ R,-» o ) Bude potom S^D = 10 [ k 1 - «. ^- ( >< -. + á\ + á\ '2 - io (ď n. j b ) + io (p-i)(k 2 *á 7 ) u.ll) i 1 :- vztahu (2.11) nyní dosadíme velikor i jednotlivých chyb. :\-o použitý zdroj J n a podle údajů [б], [?], a [8] lze psát <S 5 é0,l* (1%) к á 0,34.10' (5\ až ( < 0,1% -? ' ^ T«- 'ia.1 i, ^ ->. ^ irk-5 5^ - Oj ^ 0,1* 5 n *o,i% 0,9 i- 4 t 5.l8^ Výpočtem dostaneme pro nejhorší případ chybu až 7,1% za předpokladu, že 6^^0,1%, tedy že byl-» nastaveno zesílení m^riíe odchylky podle velikosti celkového odporu Aripotu,, Tento zpusob výpočtu je vsak příliš pesimistickýo Zmení-li se totiž nastavení U* o a současně U, zuiění se ve vztahu (2 0 ll) pouze cs^, p a & 2. Pro druhý mezní p;ípad ta* vypočteme $ U^é 5,1%. Protože má tato chyba att.iné znaménko jako chyba vypočtená v předchozím, lze nul ovacím potenclometre* posunout hladinu U^ a tím výslednou chybu snížit. Pro určení teplrtní závislostí použijeme opét vztah (2.11). Pouze pro operační zesilovač nelze použít koeficient k, který vyjadřuje chybu zesílení» Pro výpočet předpokládáme к = 0 a vliv teplotního driftu operačního zesilovače určíme podle vztahu (viz např* [2]) -U rd > -r 2 Д - ih o (2.12)

19 úkolu 21V 2116/61/71 Zesilova 1 - Mohyl^y Po.>r ttare I IM fblo У kde U a 1 je napětovy i proudový irift ria vstupu operačního zesilovače. Pro použitá součástky je : 5 X až S 4 * 50.1(T 6 / O C 5 5 * 150.I0" 6/O / С -6,0, S e a^^o.icr^c s n ^ 10 in~ / r.у-' u. = u ^k -^ 20 /uv/ i =1 у О ^V' /O Výpočtem určíme :лго různá p a ď teplotní závislost 'J n 57 až 54mV/ A. ásti Z předchozích úvah tedy vidíme, že ná celková ^riyba JV tři ^/ - chybu nastavení S». která je způsobena zejména chybou ď, tedv odchylkou skutečná hodnoty odporu Aripotu od noinoty nastavené na stupnici. 3udeme ji určovat i aěřit pro p = 1 (takže U~ = OV) jako nejhorší případ změny 0* D při zmčně nastavení 'J' ; Tuto chybu ize 3nížit použitím přesnčjšíno nastavovacího prvku (např. odporové dekády'. Dá se zcela odstranit vhodnou obsluhou měřiče odchylky po každé zračně U / \ (vynulování* - chybu výchylky dy, vznikající při změno p, zias benou těly nepřesností.;esílení jednotlivých *ástí a^ři.^ odchylky. Jr-^írce ji jako chybu J D při ziuéne p piv, nejhorší naotav:«ní U* a vynulovány príatroj. Chyba зе nedá odstranit obsluhou, Lze ji omezil oouze při výrobě pečlivým nastavením zesílení obvodu. - teplotní drift u* n, způsobený teple tni závislostí jednotlivých součáatek měřiče odchylky, ftodnota se poněkud mění s p a J* r o ' íelzfj bohužel potlačit jednoduchým způsobe*. Za předpokladu nastavení zesílení podle celkového odporu Aripotu nalezneme tedy pro uvažovanou variantu <5M 4?% v ^ *: i% и 37 54MV/ C rd

20 ukul. 215/2116/61/71 Zesilovač odchylky Počet lucfi LIK ешо ^r Obvod_tvgu 2 uvažme nyní použití druiié již zmíněné mocnosti: Odporovv délíč s připojeným ^persčníis zesilovačem. Celkové schema obvodu je na obr. 4. Pro výstuoní napatí obvodu lze U D TT { U nalézt: a * R -с- А,,Я tohoto Kde ru Pr-.tože cnceme mít pro nastavování j lineární -tupnieí, použijeme jako nastavovací prvek oipor R,. Odporem řl přepínáme rozsahy. Aby nezpůsoboval proud tekoucí ргеч R~ chybu v odporovém děliči, ausel*- by být příliš velké, takže by зе značné zvýšil vliv i drift U. Zvolíme raději proto tuto úpravu: R, a tím i R_ na teplotní Je-li R 1 = Ul R D, použijeme R- = 2R L) a R, = 2R D c Dostaneme DO tom X 1 ГС У 1 o T» O j h 'I takže J D = - U- R, ÍL, X R-. - U n R 4 U R,- '(U^T)2R D " Un Í R. (2.16)

21 :. ukok 213/2116/61/71 zesilovač odchylky Počet liatb Li«t Шо ř Stačí tedy odečíst od U' jedničku, čili jednoduše posunout stupnici Aripotu. Vstupní odpor obvodu v tomto zapojení vychází opět příliš malý (2 až 20k0). Použití impedančního transformátoru je možné, obvod má však potom v*tší složitost a tím i větší chyby než zapojení typu A-b Použití Aripotu o vyšší ohmické hodnotě z řady 35 až 36 je nežádoucí měrových důvodu, Sešení ručního zadávání.vnak т~. a *ý. e -iožná, probiémyvváak zdalek; aenáí chyb -u (Ó\, ^2,1%, c? v ^0,7% U n. 50mV/ o, D У "О *7 _.rir-otem i-> Kvl a nedvly vyvezeny :> -пели»; '2bvod_t^gu > Próza ti oi jsme nastavovali ď ve VG tupni:*; obvodu oper.i ního zesilovače. Podusme зе navrhnout zapojení, и něhož se J 0 nastavuje ve zpětnovazebním obvodu, Chceme-eli aít lineární stupnici, nemažeme nastavovat \J\ zp^tnovazebía odporem. Použijeme proto potencíometr zipojený na výstupu operačního zesilovače. Protože зе rn.-ní.',* ;íleru zesilovače spolu з U' o prr- všechny signály p*-ive:lená n.^ vstup, musíme odečíst jedničku až na výstupu tohoto stupni. Připojíme ledy лахн operační zesilovač, k:erý po uží jeme.чпи^п-:' к přepínání r-ozsah^. >Uové zapojení ns obr. 5. J e zapotřebí zvolit R, =2Iú, cnceme-li vysledovat odchylka + i0<"<*,, nobot --zkmit vystup;.iho nip-hí MAA 502 je pouze + 10V\ Musíme zvoiit potenci-.metr R, o aaié hodnotí, aby proud tekoucí přee R? nezp*sob:l velkou с hybu с Je vnodné pří' ojit na vystup prvéh- -;tupně emitorový oledovač, aby орегч TIÍ zesilovač nebyl přetěžován, :*ide ováe* vét-m odb*r z napájecího zdroje» P*íliáné zvyšování H n je nežádoucí vzhledex к tep i tni mu Iri:4u«,

22 im>ť3i.lvk.al <-"'«' " " mtv - ukol.!lv 2116/61/71 Zesilovač odchylk. Počet Utt6 ТГ Lttc čl»lo "2Г Pro :::.vbv onvoiu Не о 1 г. 5 byl odvozen vztah c?u n = LLT 1 rv. f, * t, + z.< - S, * o.ií, + <, ) - 10<S - 10k~ u - l) >3 7 (C,*p - 1) - c$v, (2p - 1) (2ol7) <de ;> U a л. - ; n I Vypoř tem pro no-i not.v uvedené n:* o! přesnosti 1С í<j_ ^0,1'i) /Лзкоте 5 -- Д у '^»_7. П. i i -л í -i-._i, " ^t>:,0* li- 7 rd ^.17 až 4 OmV/ ( l '' '*' t>c ^ г řesn- teplotní ^ďvi^l->řt -. -, i..i-ián,y iír- : j,jní rioínoty -zriá a^8t4v-rií.rfííe.-.'-j:"í. :ÍÍÍ. u A-l z: 1 :):)f»rrj ze :;»еп ;. iu j :;,^ил Cii yd '.odnot TWJI ni ž.ií Ъ:! 1Чп; г; :er\i.c) ent Konstan- -6,0,-. yv.i.- / ^ Г)' n ГШ.Л PO t i i 1.:.' *l:'oiííu , ' '... ftv ' *& VVt--;/jVÓ tyto nič/:!..),::oiy -ipr-ru :. 'U.;. nižší tríle.li IB, VÍK že '>urle<5 N píce vy:sáí,*2. 15%. ^rotože U ^aí iaováno t,epi.o tnf- л. m; епроучпои Zenurovou liodou, /t po Не.^ate^né ;.. :." ': ty 1 n-i^t iv^n R,- a tedv i R,. п о 4 ot.-?bí vno!ri" navrhnout rvi.^véní tónoto пг fí^e odchvl- '" v / ' tu :,»! ÍCP 7,ч['1чп*. VÍ.Oiriýor: p; 'O ru- x ní ZídaVání.< ::.:-)\ \. rwiv -»cí v^lí 'inv "J 1 1 i'.' "7h> níoíno 'rile p'-'kr-i^ovqt^ Lze ** -'Aak опч:1по','ř-vav' :] '. *.' * :*o. toucí.mložitoatí obvodu o-:./ n./; riíi я taveni.

23 úkol. 215/2116/61/71. Zesilovač odchylky Počet llatft УГ Li* a*io 21 Při výpočtu chyb byly uvažovány ještě některé další skutečnosti, kteiv* nejsou pro stručnost v textu uvedenyo Nicméně je potřebné pvažovat tyto výpočty za informativní, pro některé obtíže při určování chyb. Např pro rázné normálová napétí У, při různých Generových diodách se bude odpovíia jícím způsobem měnit příslušný o Ipor pro odečítání jel nicky t tím i hodnota Л a v důsledku toho chyby <5 N a Sу i U n. Přes tyto skutečnosti dávají provedené výpočty dobrou Představu o dosažiteln,ch vlastnostech jednotlivých variant i o vlivu nepřesnosti jednotlivých součástek na celkovou chybu с VýpoHy byly prováděny pro nejhorší případ, takže skutečné indnoty budou zřejmě lepší 0 &Iají-li chyby jednotlivých součástek náhoiný charakter a řídí-li зе 3ausovým rozbolením láaoiných veličin, je vhodnější používat tzv. 3 б'chybu cel* w l ^ O (2.19) která vyhoví ; ro 99,7% případu. N'eřídí«li se však uvažované chyby Gausovým rozdělením nebo jsou nenáhodné (tzv. systematick chyby), uiuže vést použití vztahu (2«19)'< iosti velkým omylům Jyl:-» zjiáténa neplatnost Gausova zákona rozložení chyb u Aripotu i odporu TH 162E/1IO :hyby všech variant lze déle snižovat zejména při zlepšení vl istností přesných odporu. Podle informací [lo] lze do budoucně očekávat velmi dobré vlastnosti u odporů řady TR 160 i WK 681 0

24 č. úkolu 215/2116/61/71 Zesilovač odchylky Počet Itart 37 Lut еыо 24 ь с тз 3 о Э с v III. HBMJSACE MĚŘICE ODCHYIiCY < -i (Л ш u с о ti о 3,1 Provedeními V předchozím textu jsme si popsali tři varianty vhodné pro ruční parametrické zadávání. Při výběru ne jvhod nější z nich byla nejprve vypuštěna varianta -2-, nebol malý vstupní odpor (2k0) byl značně omeoi jícím činitelem při použití přístroje. Volba mezi zbývajícími dvěma varian tami byla provedena až po praktické- ověření jejich vla&- tností. > X 41 <3 3yl realisován vzorek s operačním zesilovačem MAA 501 pro první stupen а BIAA^'pro stupen druhý. Tento vzorek byl po příslušných úpravách použit pro ověření vlastností vaří anty 1 i 3o Použité napájecí napětí 24V bylo upraveno dvojicí Zenerových diod na hodnotu přípustnou pro napájení operačních zesilovačů (16V). Pro zdroj normálového napětí byla po několika pokusech použita Zenerova Dioda KZZ 71, jejíž teplotní koeficient je Kompensován dvojicí diod KA50! U této dvojice bylo dosaženo stability pod 10"v C o 3 J* t. Na výstupu měřiče odchylky byl použit emitorový sledovač (obr. 6 ) navržený tak, aby byl schopen dodávat do zéu že proud až 100mA a scučisně byl chráněn proti zkratu na výstupu. Realisovaný vzorek byl schopen dodávat proud až 135 ma při změně výstupního napětí pod 0,1%, s malými chladiči na tranzistorech T,aT 2 vydržel pul hodinové zkraty proti zemi i napájecímu nap y tí + 24V bez většího ohřevu tranzistoru. Při zkratu jsou však přetěžovány ochranné odpory fí 25 a R 26, nebo? nebyly z rozměrových důvodu použity odpory pro vetší zátěž. Obdobný emitorový eledovač byl u varianty 3 použit i na výstupu prvního Ptupaě, který byl zatížen Aripotem o hodnotě Vfprac< v.»i J. Vávra T Vydlf.l I Ní»1 rnzu e

25 č. úkolu 213/2116/61/71 Zeeilovač odchylky Počr: l.«tc yj Li»c {lilo 23 Pro měření chyb vzorku byl použit číslicový voltmetr Dynamco typ DM 2022S, pro měření UV někdy současně také číslicový voltmetr Metra Ч Ш 50. Jako zdroj pro napětí U byl používán nejprve dosti přeený zdroj vlastní výroby (kompens^vaná Zenerova dioda a operační zesilovač MAA 501 se zpětnovazebl» odpore» tvořeným odporovou dekádou Metra)o Později byl použit DC Standard 740B fy Hewlett Packarde. Byla proměřena řs la parametru u obou varianto Pro srovnání zde uvádíae pouze některé. Chyby byly měřeny pclie definic uvedených v odst С i-. # С. # Varianta Vstupní odpor Chyba nastavení (5Л В) k0 0,8 % k0 2,4 % Chyba výchylky í v (A) 0,4 % 0,4 % (B) 0,4 % 0,6 % Krátkodobá stabilita (8ho Odbor ze zdroje +24V -24V,B) 0,8 % 52mA 22 ma 0,6 % 120mA 120 Ш Naměřené hodnoty v.v**zúji poraírn dobrou shodu ь údaji získanými vypočten, holnoty pro nejhorší případ jsou zhruba dvakrát horší proti skutečnosti. Hodnoty byly naměřeny po provedení některých opatření (nulování operačních zesilovačů, pečlivé nastavení souhlasu atupnice s odpore» Aripotu, nastavení zesílení podle použitého Aripotu u varianty 1.) Pro konečnou realisaci bjte vybrána varianta 1, zejména pro lepáí hodnotu é a menší odběr ze zdroje. *J této varianty byl-з věnována dále pozornost snížení chyb a zejména zvýšení teplotní stability, Měřením byl zjištěn ne právě nejlepší teplotní koeficient U rd =40 mv/ C- V'/prm vil J. V4vT*C» Vvdét.í I Ní ш I -. г» т. i I e