загрузка...
 
2. ПАССИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ УЗЛОВ АСУ ТП 2.1 Линейные элементы узлов АСУ ТП
Повернутись до змісту

2. ПАССИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ УЗЛОВ АСУ ТП 2.1 Линейные элементы узлов АСУ ТП

Каналы ввода-вывода автоматизированных систем являются одним из видов электронных цепей. В общем случае электронные цепи принято делить на линейные и нелинейные. Цепь является линейной, если состоит из линейных элементов (резисторов, катушек индуктивности, конденсаторов и т.д.), параметры которых не зависят от величины действующих на них токов и напряжений, т.е. такие элементы, которые подчиняются закону Ома.

При анализе электронную цепь обычно представляют в виде четырехполюсника, имеющего два входных и два выходных зажима. Электрический сигнал, подаваемый на вход четырехполюсника, называется воздействием (входным напряжением или током), а выходной сигнал - откликом, выходным напряжением или током.

Электрические свойства линейной цепи определяются параметрами ее элементов: индуктивностью L, емкостью С и сопротивлением R. Если параметры радиотехнической цепи с заданной точностью определяются параметрами (R, L> С) ее элементов, то такая цепь является цепью с сосредоточенными параметрами, а элементы этой цепи обычно называют пассивными элементами. Пассивные элементы - это резисторы R, конденсаторы С и катушки индуктивности L (рис. 2.1).

R         і С

 

Рис. 2.1. Графические обозначения пассивных элементов

Важным свойством линейных цепей как с постоянными, так и с переменными параметрами является справедливость для них принципа суперпозиции. Согласно этому принципу результат воздействий на линейную цепь нескольких независимых источников ЭДС (или тока) равен сумме результатов, определенных для каждого воздействия в отдельности. Принцип суперпозиции значительно упрощает теоретическое исследование линейных систем при сложном внешнем воздействии. Математическое описание процессов, протекающих в линейных цепях, может быть осуществлено с помощью линейных дифференциальных уравнений.

Нелинейные радиотехнические цепи, помимо линейных элементов, содержат также и нелинейные элементы. Типичными нелиней» ными элементами являются электронные приборы (транзисторы, по» лупроводниковые диоды, электронные лампы и т.д.). Их часто называют еще усилительными приборами или активными элементами. Параметры нелинейных элементов зависят от величин протекающих через эти элементы токов и величин действующих на них напряжений. Принцип суперпозиции в таких цепях не выполняется. Спектр отклика в нелинейной системе содержит новые частоты, отсутствующие в спектре сигнала воздействия.

Резисторы. Они представляют собой элемент электрической цепи, где происходит преобразование электрической энергии в тепловую. Резисторы бывают общего и специального назначения. Резисторы общего назначения имеют шкалу номиналов от единиц Ом до 10 МОм. Мощность рассеяния резисторами Ррас может быть от 0,125 Вт до 100 Вт. Допустимое отклонение сопротивления от номинального значения (от значения указанного на корпусе резистора) имеет строго определенную шкалу: ±2; ±5; ±10; ±20%. Прецизионные (высокоточные) резисторы могут иметь минимальное отклонение до сотых долей процента.

Резисторы специального назначения подразделяются на: прецизионные; высокочастотные; высокоомные; высоковольтные; высоко-мегаомные. По принципу использования резисторы бывают: пере^ менные, постоянные. Переменные резисторы, в свою очередь, подразделяются на регулировочные и подстроечные.

В зависимости от материала, определяющего сопротивление резистора, они подразделяются на проволочные, пленочные, непроволочные, металлофольговые, полупроводниковые. Полупроводниковые резисторы относятся к классу нелинейных элементов.

Когда через резистор протекает некоторый ток /, то на нем падает напряжение UR = / R . Если через резистор протекает переменный ток с амплитудой /ш, то амплитуда напряжения, падающего на нем, будет:

Для мгновенного значения переменного тока: i(t) = ImCosa>t = 1те',ш напряжение, падающее на сопротивлении R, будет UmR - !т е,шR .

Конденсаторы. Они представляют собой радиоэлементы, состоящие из двух обкладок, разделенных диэлектриком. В зависимости от материала диэлектрика, назначения и выполняемой функции конденсаторы имеют следующую классификацию:

конденсаторные и комбинированные сборки;

с органическим диэлектриком;

с неорганическим диэлектриком;

с оксидным диэлектриком (электролитические);

с газообразным диэлектриком.

Конденсаторы с органическим диэлектриком бывают: низковольтные, высоковольтные, импульсные, переменного напряжения, дозиметрические, помехоподавляющие.

Конденсаторы с неорганическим диэлектриком подразделяются на низковольтные, высоковольтные, помехоподавляющие и нелинейные.

Электролитические конденсаторы подразделяются на конденсаторы общего назначения, неполярные, высокочастотные, импульсные, пусковые.

Конденсаторы с газообразным диэлектриком: воздушные, газонаполненные и вакуумные.

По характеру изменения емкости конденсаторы подразделяются на переменные (подстроечные) и постоянные.

Основными параметрами конденсатора являются номинальная емкость, допустимое отклонение емкости от номинального значения, рабочее напряжение и тангенс угла потерь.

Конденсатор является реактивным элементом, способным накапливать энергию электрического поля. Связь между током / и падением напряжения Uc на емкости имеет вид:

Катушка индуктивности L также является реактивным элементом, способным накапливать энергию магнитного поля. Катушки индуктивности выпускаются промышленностью по конкретным заказам и не имеют стандартов обозначения и маркировки. Связь между током і протекающим через индуктивность L, и падением напряжения UL выражается так:

Условные обозначения пассивных элементов радиотехнических цепей приведены на рис. 2.1. Следует напомнить, что схема конкретного электронного устройства может содержать не только реальные (резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности), но и подразумеваемые элементы. Поясним это на примере. На рис. 2.2 схема из индуктивности L, емкости С, сопротивления R и источника ЭДС ? представляет реальное устройство из генератора, катушки, резистора и конденсатора. Однако реальный генератор имеет внутреннее сопротивление гЕ если его величина соизмерима с номиналом резистора Я, то его нужно показать на схеме. Реальная катушка индуктивности обладает не только индуктивностью, но и активным сопротивлением rL. Оно также показано на рис. 2.2.

Иногда приходится учитывать и активную проводимость твердого диэлектрика конденсатора гс (для наглядности эти элементы на рисунке выделены). В некоторых случаях может оказать влияние на работу схемы и межвитковая емкость катушки и т.д. Очевидно, что в разработчики электронных систем стараются применять такие детали, которые обладали бы свойствами «чистых» элементов. Так, например, активное сопротивление катушек стараются довести до минимума путем применения специальных материалов и проводов, сопротивления сделать безындукционным и т.д. Однако остается вопрос: когда нужно учитывать подразумеваемые элементы и усложнять схему, и в каких случаях можно ими пренебречь? На этот вопрос можно ответить так: результаты теоретических расчетов не должны расходиться с результатами физического эксперимента более чем на заданную погрешность. В инженерной практике допускается 5% погрешность, однако анализ схем электронных измерительных устройств, систем точного управления и т.д. может потребовать более точной сходимости. В любом случае критерием оценки учета подразумеваемых элементов является эксперимент.

 



загрузка...