Как определить входное и выходное напряжение

определите выходное напряжение

Закон Ома, чёрт подери. Ток всей цепи I=U/R1+R2,напряжение на резисторе R2 при известном токе Uвых=I*R2.Так сложно что ли?

Uвых=(19В/11.000 Ом) *1000 Ом=1,72 В
19 * 1 / (1+10) = 1,(72) В
смотри формулу делитель напряжения
верни ответ на vlb.su 1.7v
регистрируешся на vlab.su ?
Похожие вопросы
Ваш браузер устарел

Мы постоянно добавляем новый функционал в основной интерфейс проекта. К сожалению, старые браузеры не в состоянии качественно работать с современными программными продуктами. Для корректной работы используйте последние версии браузеров Chrome, Mozilla Firefox, Opera, Microsoft Edge или установите браузер Atom.

Выбор источника питания для цепей автоматики и КИП

Для питания контроллеров, систем ввода-вывода, датчиков и других элементов промышленной автоматики часто используется постоянный ток (DC) напряжением 24 Вольта (24 V) или 12 Вольт (12 V).

Для обеспечения питания этих цепей нужны специализированные источники питания, использующее входное сетевое напряжение: однофазное 220 Вольт (220 V) или трехфазное 380 Вольт (380 V) переменного (AC) тока и преобразующие его в напряжение необходимого значения, например 24 V DC.

В ряде случаев необходимо увеличить или уменьшить напряжение постоянного тока для питания отдельных элементов, например когда большая часть системы использует питание 24 V DC, а отдельные элементы — 12 V DC.

В настоящее время в системах промышленной автоматики широко используются импульсные источники питания, поэтому в данной статье в качестве примеров будет рассматриваться выбор источников питания импульсного типа.

Для оптимального выбора источника питания нужно выделить пять параметров:

1. Входное напряжение питания — напряжение, к которому непосредственно будет подключен источник питания. Самым распространенным случаем является однофазное напряжение 220 V AC. Подключение к сети трехфазного напряжения 380 V AC обычно осуществляется при использовании источника питания большой мощности.

2. Выходное напряжение питания — напряжение, которым источник питания будет обеспечивать потребителей (контроллеры, датчики, панели оператора и т. д.). В промышленной автоматике самым распространенным является 24 V DC, но нередко можно встретить потребителей с другим номинальным напряжением, например 12V DC или 48 V DC.

3. Номинальная выходная мощность / номинальный выходной ток источника питания.

Источник питания должен обеспечивать необходимую мощность для питания всех потребителей. Мощность источника питания должна быть на 15-20% больше суммарной мощности потребителей. Резерв мощности необходим для устойчивой работы в режиме пускового тока потребителей, поскольку питаемые электроустановки во время запуска могут потреблять больший ток, чем во время постоянной работы. Резерв также может быть использован в случае появления дополнительных потребителей.

На источниках питания может быть указан как номинальный выходной ток, например 2,5 А, так и номинальная мощность, например, 60 Вт., которая рассчитывается следующим образом:

P = I * U,

где, P – мощность источника питания, Вт;

I – номинальный выходной ток источника питания, А;

U – номинальное выходное напряжение источника питания, В.

Рассмотрим на примере: имеется источник питания с выходным напряжением питания 24 V DC, номинальным током 2,5 А, тогда его номинальная мощность составит:

P = 2,5 * 24 = 60 Вт.

Аналогичным образом, зная мощность источника питания, можно определить его номинальный ток. Зная мощность источника питания, например 100 Вт, и зная его выходные напряжение, например 12 V DC, можно легко найти его номинальный ток:

I = P / U = 100 / 12 = 8,33 А.

4. Тип корпуса источника питания.

Корпус источника питания должен обеспечивать удобство монтажа и безопасность эксплуатации. Выпускаются источники питания для монтажа винтами на монтажную панель или на монтажную рейку (DIN-рейку), в компактных, модульных или специализированных корпусах.

5. Наличие специальных функций.

В зависимости от условий применения источники питания могут иметь следующие дополнительные функции:

— дополнительный аварийный или сигнальный контакт;

— возможность резервирования питания;

— повышенную перегрузочную способность;

— возможность работы в условиях низких температур (до -40 °С);

— возможность программирования режимов работы и функций сигнальных контактов;

— обеспечение селективности автоматических выключателей защиты цепей нагрузки (SFB) и т. д.

Пример выбора источника питания в интеренет-магазине Агава

Многие производители выпускают несколько линеек источников питания для различных задач. Рассмотрим на примере источников питания Phoenix Contact:

Источники питания с базовым набором функций:

— UNO Power – источники питания в компактном корпусе для установки на монтажную рейку;

— STEP Power – источники питания в модульном корпусе для установки на на монтажную рейку .

Источники питания со стандартным набором функций:

— TRIO Power – стандартный источник питания в компактном корпусе для общепромышленного применения.

— MINI Power – источник питания в корпусе ME для цепей КИП;

Источники питания с расширенным набором функций:

— QUINT Power – источники питания с расширенным набором функций для ответственных применений и экстремальных условий эксплуатации.

Рассмотрим выбор простого источника питания с использованием конфигуратора интернет-магазина Агава.

Исходные данные: необходимо обеспечить питание оборудования 24 V DC: панели оператора MT8101IE (потребляемый ток 0,4 А), контроллера Siemens S7-1200 с системой ввода-вывода (потребляемый ток 1,2 А), установленных в боксе. Сетевое напряжение 220 V AC.

Необходим источник питания:

С входным напряжением 220 V AC;

Выходным напряжением 24 V DC;

Источник питания должен обеспечивать выходной ток:

I = (Iпанели + Iконтроллера)*1,2 = (0,4 + 1,2) * 1,2 = 1,92 А,

где 1,2 — коэффициент запаса, гарантирующий запас в 20% от необходимого;

Ограничим диапазон выходного тока в конфигураторе от 2 до 3 А

и сконфигурирурием источник питания:

Конфигуратор предлагает 4 предложения. Поскольку специальных требований к корпусу нет и базовых функций будет достаточно, можно выбрать источник питания исходя из цены — наиболее доступным по этому критерию является UNO Power с параметрами ближайшими к расчетным в большую сторону: UNO-PS/1AC/24DC/ 60W, артикул 2902992 (выходной ток 2,5 А). При переходе в карточку можно сразу посмотреть примерный срок отгрузки товара.

Для помощи в выборе источника питания любого типа можно отправить запрос в произвольной форме по адресу sales@agava-shop.ru или через форму быстрой заявки.

2.5.Входное и выходное напряжения.

Выходное напряжение ОУ зависит от разности напряжений на его входах , где – напряжения на не инвертирующем и инвертирующем входах усилителя. Поэтому для ОУ справедливо:

, (1.3)

где K – коэффициент усиления ОУ без обратной связи (разомкнутого усилителя). Предположим, что (напряжение на входе (+) положительно по отношению к напряжению на входе (–)), тогда выходное напряжение положительно, рис. 1.7,а.

В случае если (напряжение на входе (+) отрицательно по отношению к напряжению на входе (–)), выходное напряжение отрицательно, рис. 1.7,б.

Общая зависимость представлена на рис. 1.8. Выходное напряжение линейно зависит от лишь в некотором диапазоне изменения последнего (от до ) и не может превышать величины U_НАС.

Рис. 1.8. Амплитудная характеристика операционного усилителя

2.6.Два правила, справедливые для идеального оу.

Определим значения и . В соответствии с (1.3) имеем

(1.4)

Величина K чрезвычайно велика; она может достигать 200000 единици более. Приняв K=200000, для ОУ, запитанного от источника 12 В, на основании (1.4) получим:

,

.

Здесь допущено, что . Напряжение 60 мкВ очень мало. В типичном измерительном приборе напряжения наведенных шумов, сетевых наводок и напряжения от токов утечки могут превышать 1 мВ (1000 мкВ). В силу этого можно принять . Последнее позволяет сформулировать важное правило.

Правило 1. Если ОУ находится в линейном режиме (выходное напряжение ), разность напряжений между его входами равна нулю ().

Для того чтобы ОУ работал в линейном режиме, в схему необходимо ввести отрицательную обратную связь (ООС). Образно можно сказать, что, будучи охвачен ООС операционный усилитель сделает все от него зависящее, чтобы устранить разность напряжений между своими входами.

ОУ является хорошим усилителем напряжения с большим входным сопротивлением. Для идеального ОУ сопротивления по обоим входам можно считать равными бесконечности. Отсюда следует второе важное правило.

Правило 2. Входы ОУ тока не потребляют.

2.7.Идеальный и реальный оу.

Для идеального ОУ справедливо:

Коэффициент усиления дифференциального сигнала K бесконечно велик и не зависит от частоты сигнала.

Коэффициент усиления синфазного сигнала (напряжения общего для обоих входов) K_СИНФ равен нулю.

Сопротивление по обоим входам бесконечно велико.

Напряжение смещения равно нулю.

Скорость изменения выходного напряжения бесконечно велика.

Дрейф (изменение во времени выходного напряжения) отсутствует.

Параметры реального ОУ несколько хуже. Однако в большинстве случаев для анализа схем на операционных усилителях можно использовать оба правила, справедливые для идеального ОУ. Этот подход и будет использоваться в дальнейшем. Знание реальных значений параметров конкретного ОУ позволяет оценить погрешность схемы преобразования сигнала и решить вопрос о целесообразности использования данного ОУв конкретной схеме.

2.8.Параметры и характеристики оу.

Параметры и характеристики ОУ можно условно подразделить на входные, выходные и характеристики передачи.

К входным параметрам относятся: напряжение смещения; средний входной ток; разность входных токов; входные сопротивления; коэффициент ослабления синфазного сигнала (синфазного напряжения); диапазон синфазных входных напряжений; температурный дрейф напряжения смещения; температурные дрейфы среднего входного тока и разности входных токов; напряжение шумов, приведенное к входу; коэффициент влияния нестабильности источника питания на напряжение смещения.

Напряжение смещения Е_СМ– дифференциальное входное напряжение, при котором выходное напряжение усилителя равно нулю.

Средний входной ток I_ВХ– среднеарифметическое значение токов обоих входов усилителя, измеренных при таком входном напряжении U_ВХ, при котором выходное напряжение U_ВЫХ равно 0. Эти токи обусловлены необходимостью обеспечить нормальный режим работы входного дифференциального каскада на биполярных транзисторах. В случае использования полевых транзисторов это токи всевозможных утечек. Другими словами, входные токи – это токи, потребляемые входами ОУ.

Разность входных токов ΔI_ВХ– это разность токов, потребляемых входами ОУ.

Входные сопротивленияв зависимости от характера подаваемого сигнала подразделяются на дифференциальное (для дифференциального сигнала) и синфазное (сопротивление общего вида).

Входное сопротивление для дифференциального сигнала R_{ВХ. ДИФ}– это полное входное сопротивление со стороны любого входа, в то время как другой вход соединен с общим выводом (заземлен).

Входное сопротивление для синфазного сигнала R_{ВХ. СИНФ}характеризует изменение среднего входного тока при приложении к входам синфазного напряжения. Оно на несколько порядков выше сопротивления для дифференциального сигнала.

Коэффициент ослабления синфазного сигнала К_{ОС СИНФ}определяется как отношение напряжения синфазного сигнала, поданного на оба входа, к дифференциальному входному напряжению, которое обеспечивает на выходе тот же сигнал, что и в случае синфазного напряжения:

(1.5)

С учетом (1.5) напряжение на выходе ОУ, появляющееся при одновременной подаче дифференциального и синфазного входных сигналов, равно .

Для каждого ОУ указывается диапазон изменения U_{ВХ. ДИФ} и U_{ВХ. СИНФ}, превышение предельных значений, которых может привести к потере работоспособности усилителя.

Температурные дрейфы напряжения смещения и входных токовхарактеризуют изменения соответствующих параметров с температурой и составляют мкВ/°С и нА/°С. Наиболее важно учитывать данные параметры в прецизионных устройствах, так как компенсация их влияния на выходное напряжение затруднительна. Температурные дрейфы являются основной причиной появления температурных погрешностей устройств с ОУ.

Коэффициент влияния нестабильности источника питания К_П– отношение изменения напряжения смещенияΔЕ_СМ к вызвавшему его изменению одного из питающих напряжений ΔU_П.

К группе выходных параметров относятся выходное сопротивление, напряжение и ток выхода.

Коэффициент усиления по напряжению ОУК– отношение изменения выходного напряжения к вызвавшему его изменению дифференциального входного напряжения при работе усилителя на линейном участке характеристики:

Частота единичного усиления f₁ это частота, на которой модуль коэффициента усиления ОУ равен единице.

Скорость нарастания выходного напряжения это максимальная скорость изменения выходного сигнала при максимальном значении его амплитуды. Скорость нарастания определяется при подаче на вход усилителя импульса напряжения прямоугольной формы.

Измерение входного и выходного сопротивления

Из треугольника сопротивления переменного тока можно определить входное или выходное сопротивление двухконтактной сети путем измерения переменного тока и напряжения слабого сигнала.

Для входа напряжение измеряется на входных клеммах, а ток измеряется путем включения измерителя последовательно с генератором сигналов. Используйте фиксированную частоту, например 1 кГц, и установите уровень генератора примерно на 20 мВ RMS. Тогда если среднеквадратичное значение 20 мВ и ток 10 мкА, то сопротивление равно 2 кОм. В цепях с высоким сопротивлением ток становится очень маленьким и его трудно измерить, поэтому требуется альтернативный метод.

Простой способ измерения небольших входных токов — использование постоянного резистора как показано на схеме. Измерьте переменное напряжение в точках V1 и V2, тогда входной ток Iin станет:

Iin = (V2 – V1) / R1

Затем входное сопротивление тестируемой цепи находится по формуле:

Z = V1 / Iin

Пример. Если используем резистор 10 кОм для R1 и измеряем V2 = 10,1 мВ и V1 = 10 мВ, тогда:

Ток 10 нА было бы очень трудно измерить, так как разрешение цифрового вольтметра очень низкое, но возможно измерение значений 10 мВ и 10,1 мВ, что позволяет найти входное сопротивление: оно будет 10 мВ / 10 нА = 1 МОм.

Использование программы моделирования

Для измерения входного сопротивления в полном спектре частот используйте следующую схему:

Вход представляет собой источник постоянного тока, его значение установлено на 1 ампер. Поскольку источники тока в большинстве программ моделирования являются идеальными и имеют бесконечное выходное сопротивление, придется использовать параллельно резистор с большим сопротивлением, как показано, чтобы избежать ошибок моделирования. Поскольку V = I х Z и используется 1 ампер, как показано для источника тока, то V = 1 х Z или V = Z. Следовательно, измерение входного напряжения возвращает входное сопротивление. Ось Y на выходном графике может быть помечена соответствующим образом.

Полезное на сайте:
ЦИФРОВОЙ ЧАСТОТОМЕР СВОИМИ РУКАМИ

Измерение выходного сопротивления

Выходное сопротивление также может быть определено с использованием аналогичной методики. Используется резистор с фиксированной нагрузкой, и выходное напряжение измеряется сначала при полной нагрузке, а затем без нагрузки.

На приведенной выше схеме Zo — это внутреннее выходное сопротивление измеряемой сети. Термин «сеть» является общим термином, так как схема может быть чем угодно: усилителем, фильтром, генератором и так далее.

Чтобы найти выходное сопротивление, сначала измеряется выходное напряжение без нагрузочного резистора, а затем с фиксированной нагрузкой (чисто резистивной).

Сначала снимается нагрузочный резистор Rl, измеряется и записывается выходное напряжение (В). Затем Rl снова включается в цепь и напряжение на выходе под нагрузкой (Vl). Выходное сопротивление Zo теперь находится по закону Ома для цепей переменного тока. Поскольку нагрузка является чисто резистивной, Z = V / I, где «V» — падение напряжения на выходном сопротивлении: (V — Vl), а «I» — выходной ток, Vl / Rl. Таким образом:

Использование программы моделирования

Для измерения входного сопротивления по полному спектру частот используйте следующую схему:

Вход представляет собой источник постоянного тока, его значение установлено на 1 ампер. Поскольку источники тока в большинстве программ моделирования являются идеальными и имеют бесконечное выходное сопротивление, придется использовать параллельно резистор с большим сопротивлением, чтобы избежать ошибок моделирования. Поскольку V = I х Z и используется 1 ампер, как показано для источника тока, то V = 1 х Z или V = Z. Следовательно измерение выходного напряжения возвращает выходное сопротивление.