Соотношения, используемые при расчете

В [1] приводится анализ узлов счетчика и выведены расчетные соотноше­ния, необходимые при подготовке и выполнении задания. Так, например, при расчете требуемой в задании частоты импульсов тактового генератора ШИМ, выполненного на ОУ DА1 и DА2, необходимо воспользоваться формулой (32) [1], которая определяет период колебаний генератора:

где R₁ =12 кОм; C₁ = 0,022 мкФ; R₂ = 3 кОм; R₃ = 30 кОм.

Частота, характеризующая величину потребляемой мощности, определяе­мая преобразователем «напряжение - частота», то есть импульсным интеграто­ром, выражается следующей формулой:

где τ = (R₁₁ + R₁₂) ·C₃; R₁₁ = 6.8 кОм (переменное); R₁₂ =51 кОм, С₃ =0,1 мкФ;

|k| = R₁₀ / R₉ коэффициент передачи инвертора DА5.5; R₉ = R₁₀ = 10 кОм;

R₁₃ = 2,2 кОм; R₁₄ =10 кОм; U₀ =7,5 В - напряжение на входе интегратора (с выхода повторителя DА5.1).

Однако нельзя забывать, что счетчиком измеряется энергия, то есть мощ­ность, потребляемая нагрузкой за единицу времени. Поэтому счетчик нужно от­регулировать в единицах энергии, то есть в киловатт-часах (кВт-ч), задавшись при этом максимальными напряжениями U_x и U_y на его входе (например, U_x = U_y = 5 В). Очевидно, частота на выходе интегратора, соответствующая по­требляемой энергии в 1 кВт-ч, должна быть равна 3600 Гц, так как этой частоте соответствует потребляемая по стандарту мощность за 1 час, то есть за 3600 се­кунд.

В соответствии с этим выбирается постоянная времени τ интегратора DА5.3:

где U₁ - экспериментально полученное значение напряжения на входе ИИ (с входа повторителя DА5.1), равное 2,4 В.

3. Порядок проведения работы

3.1. Исследовать ИПУ, для чего подключить осциллограф к выходу ШИМ (ХS5), а вольтметр В7-35 - к выходу ИЛУ (ХS6) и, изменяя напряжение на вхо­дах ХS1 и ХS2 последовательно от 1 до 5 В (с шагом 1 В), снять зависимость на­пряжения на выходе ИПУ от U_x и U_y, одновременно зарисовывая полученные на экране двухлучевого осциллографа осциллограммы (друг под другом, без смещения фазы сигнала).

3.2. Исследовать ИИ, для чего включить тумблером SА1 и ПУ и подключить к входу ИИ (клемма ХS6^’) источник питания Б5-47. Меняя напряжение на входе ИИ (U_{XS6 ’}) от 0 до 5 В с шагом 1 В и подключив к его выходу счетчик импуль­сов, снять зависимость числа импульсов N_ВЫХ = f(U_{XS6 ’}) за интервал времени t = 10 с. На основании полученных результатов определить частоту импульсов на выходе ИИ (количество импульсов за 1 с).

В процессе эксперимента снять осциллограммы напряжений в контрольных точках ИИ.

3.3. Исследовать счетчик энергии в целом:

1) подключить к входу ИПУ источник питания Б5-47. Подключить к выхо­ду стенда (клемма U_ВЫХ ) счетчик импульсов. Меняя U_x в пределах от 0 до 5 В при U_y = const = 3 В, снять зависимость числа импульсов на выходе счетчика ак­тивной энергии от U_x и U_y за интервал времени t = 10 с (N_ВЫХ = f(U_x, U_y)); определить частоту импульсов на выходе стенда (количество импульсов за 1 с);

на основании полученных результатов построить экспериментальный график и по­яснить его;

2) аналогично, меняя U_y в пределах от 0 до 5 В при U_x = const = 3 В, выяс­нить то же, что и в п. 1.

Примечание: В качестве регистрирующего устройства вместо счетчика импульсов можно использовать частотомер типа Ч3-32 и др., непосредственно измеряющий частоту на выходе счетчика.

3.4. Сделать выводы. Полученный результат оформить в виде отчета о про­деланной лабораторной работе.

3.5. Закрепить материал защитой лабораторной работы, ответив на нижеследующие контрольные вопросы..

Контрольные вопросы

1. В чем основное достоинство и недостаток ИПУ?

2. От чего зависит частота импульсов тактового генератора ШИМ и как можно ее изменить?

3. Почему период прямоугольных импульсов трактового генератора ШИМ не может быть больше периода входного сигнала U_x?

4. Чем ограничен верхний предел напряжения U_x?

5. Будет ли на выходе ИПУ какой-либо сигнал, если:

а) U_x = 0; U_y ≠ 0 б) U_y = 0; U_x ≠ 0?