Wstp Tematem projektu jest zaproponowanie ukadu do pomiaru mocy czynnej speniajcego nastpujce warunki: - moc znamionowa pomiaru P n = 00mW; - czstotliwo znamionowa pomiaru f n = khz; - znamionowa impedancja odbiornika Z n = k; Dodatkowo w projekcie zaoono: - zakres zmian wartoci midzyszczytowej napicia wejciowego w granicach -0V; - zakres zmian wartoci midzyszczytowej prdu wejciowego w granicach 0mA; - wynik pomiaru dostpny bezporednio na wywietlaczu cyfrowym; Biorc pod uwag powysze zaoenia schemat blokowy ukadu przedstawiony w projekcie mona przedstawi w sposób nastpujcy: Rys. Schemat blokowy ukadu miliwatomierza. W ukadzie zastosowano trzy elementy scalone: ukad mnocy, przetwornik TrueRMS na napicie stae oraz przetwornik A/C zaadoptowany do wspópracy z wywietlaczem LED. Zastosowanie tych ukadów scalonych wie si z chci uproszczenia ukadu, zmniejszeniem bdów wprowadzanych przez poszczególne tory watomierza oraz zwikszenia niezawodnoci. Do zasilania ukadu wymagane jest napicie symetryczne +5V / -5V uzyskane ze scalonych stabilizatorów napicia.
W zaproponowanym ukadzie watomierza moliwy jest pomiar zarówno w ukadzie dokadnie mierzonego prdu jak i napicia: Rys. Ukad poprawnie mierzonego prdu (z lewej) i napicia. Opis dziaania ukadu. Schemat ideowy ukadu przedstawiono w zaczniku. Wejcia ukadu mona rozdzieli na dwa tory: napiciowy i prdowy. W torze napiciowym ukad wejciowy tworzy wysokooporowy dzielnik napicia zoony z rezystorów R i R, o stosunku podziau /0. Z wyjcia dzielnika napiciowego sygna trafia na wejcie wtórnika emiterowego, pracujcego na wzmacniaczu operacyjnym LM34 (UC). W torze prdowym jako ukad wejciowy pracuje bocznik R3. Sygna napiciowy z rezystora podawany jest na ukad wtórnika napiciowego zbudowanego na wzmacniaczu UA. Z wyjcia wtórnika sygna podawany jest na wejcie nieodwracajce wzmacniacza UB, pracujcego jako konfiguracji nieodwracajcej. Wzmocnienie ukadu ustalono poprzez rezystor R4 i potencjometr P na K U = 000. Takie wzmocnienie gwarantuje uzyskanie na wyjciu ukadu mnocego sygnau napiciowego o wartoci proporcjonalnej do mocy (dzielnik napiciowy: podzia /0, bocznik: /0, ukad mnocy: /0). Po przemnoeniu sygnau w ukadzie mnocym U(AD53JH) sygna tafia do przetwornika TrueRMS / DC zbudowanego na ukadzie U3 (AD536A), i dalej, ju jako warto staa napicia (proporcjonalna do wartoci mocy) do przetwornika A/C zawartego w ukadzie U4 (ICL707). Ukad ten bezporednio steruje trzema segmentami wywietlaczy LED; warto wywietlana zamyka si w granicach 000 999mW. Ukady U, U3 i U4 pracuj wedug not aplikacyjnych producentów, przy czym zakres napiciowy ukadu U4 dobrano na V. Wewntrzne schematy blokowe ukadów scalonych AD53 oraz AD536 pokazano na rysunku poniej. 3
Rys.3 Schemat blokowy ukadu AD53 (ukad mnocy). Rys.4 Schemat blokowy ukadu AD536 (RMS). Wyniki symulacji komputerowej ukadu przeprowadzonej w programie PSpice: Rys.5 Przebiegi napi na wejciach i wyjciu ukadu mnocego, oraz wyjciu przetwornika RMS (sinus). Rys.6 Przebiegi napi na wejciach i wyjciu ukadu mnocego, oraz wyjciu przetwornika RMS (pia). 4
Obliczenia i dobór elementów. W ukadzie starano si stosowa elementy tanie i powszechnie dostpne w sprzeday. Dla caego ukadu zastosowano (chyba, e w póniejszych obliczeniach zaznaczono inaczej) rezystory wglowe o mocy 0,5W i tolerancji ±5%; kondensatory ceramiczne wielowarstwowe o tolerancji ±0,5% (C<0pF) lub ±,5% (C>0pF). Oba potencjometry, ze wzgldu na duy wpyw na dokadno pomiaru, dobrano jako wieloobrotowe do druku ze ciek cermetow, typu heltrim, tolerancji % i wspóczynniku temperaturowym zmian rezystancji wynoszcym ±00 ppm/ C. Wartoci elementów pracujcych w obwodach wejcia, wyjcia i polaryzacji ukadów scalonych U3, U4, i U5 dobrano wedug odpowiednich not aplikacyjnych producentów tych ukadów. W projekcie skupiono si na doborze elementów w torach wejciowych. a.) Tor napiciowy. Podzia dzielnika napi ustalono na do 0. Zakadajc warto R = 00k: R R R 0 R 9R 900[ k] Dobrano rezystory metalizowane R n =00k i R n =900k; 0,5W; tolerancja ±0,%; b.) Tor prdowy. Minimalna moc bocznika pomiarowego przy zaoeniu prdu bocznika I b = 50mA: P TOT Rb I b R b (50mA) 0, 5[ mw] W torze prdowym wzmocnienie wzmacniacza operacyjnego powinno wynosi 000: K u R P 4 M V 00[ ] k V Jako bocznik dobrano rezystor metalizowany R n =0,; P TOT =0,5W; tolerancja ±0,%; Rezystory ustalajce wzmocnienie ukadu UB jako metalizowane; R n =M i R n =k; P TOT =0,5W, tolerancja ±0,%; 5
Wykaz elementów Rezystory Kondensatory Póprzewodniki R 900k; % C 0,uF U LM34 R 00k; % C 00nF U AD53JH R3 0,; % C3 470nF U3 MX536A R4 k % C4 0nF U4 ICL707 R5 9,k 5% C5 00pF U5 78M05 R6 5,6k 5% C6,C7,C8,C9 00nF U6 79M05 R7 47k 5% C0,C 00uF / 63V 3x segment LED R8 00k 5% C,C3 00uF / 63V D mostek A/4V Potencjometry P M % P,k % Literatura Parchaski J.: Miernictwo Elektryczne i Elektroniczne ; WSiP, Warszawa 996; Tietze U., Schrenk Ch.: Ukady póprzewodnikowe ; WNT, Warszawa 997; Horowitz P., Hill W.: Sztuka Elektroniki ; WKi, Warszawa 996; Chwaleba A., Poniski M., Siedlecki A.: Metrologia Elektryczna ; WNT, Warszawa 994; 6