2.4 Усилители фототока
2.4.1 Усилители фототока предназначены для приема токов фотоэлементов наклономеров и преобразования их в сигналы, пригодные для аналогово-цифрового преобразования микроконтроллерным регистратором.
2.4.2 Требовалось спроектировать усилитель-преобразователь тока в напряжения; диапазон выходного напряжения: 0..5 В. Также требовалось учесть тот факт, что ток от фотоэлементов может иметь как положительное так и отрицательное направление, а для аналого-цифрового преобразования микроконтроллером пригодны только напряжение положительной полярности. Таким образом, на выходе усилителя напряжение должно изменяется относительно постоянной составляющей +2,5 В (нулевой уровень).
Рисунок 2.9 – Схема соединений кабеля наклономера
2.4.3 Принципиальная схема усилителя изображена на рисунке 2.12.
Рисунок 2.12 – Принципиальная схема усилителя фототока
2.4.4 Усилитель состоит из трех каскадов, выполненных на операционных усилителях К140УД8А. Первый каскад (DD1, R1) – операционный преобразователь ток – напряжение. Второй каскад (DD2, R5) – повторитель напряжения, обеспечивающий подачу опорного напряжения на инвертирующий сумматор для установки «нулевой линии». Установка напряжения производится подстроечным резистором R5. Третий каскад (DD3, R2, R3, R4, R6) – операционный инвертирующий сумматор.
2.4.5 Микросхемы операционных усилителей питаются двуполярным напряжением ±6 В.
2.4.6 Конструктивно усилители фототока выполнены на универсальной монтажной плате.
2.5 Цепи калибровки
2.5.1 Цепи калибровки предназначены для формирования калибровочных импульсов путем включения электромагнитных реле, контакты которых замыкают цепи питания калибровочных катушек наклономеров.
2.5.2 Принципиальная схема цепей калибровки изображена на рисунке 2.13.
Рисунок 2.13 – Принципиальная схема цепей калибровки
Для транзисторных ключей были выбраны транзисторы КТ815, параметры которых с запасом удовлетворяют требованиям обеспечения необходимого режима и надежной работы.
2.5.3 Цепи калибровки представляют собой два насыщенных транзисторных ключа на биполярных транзисторах, включенных по схеме с общим эмиттером. Эти ключи управляются микроконтроллером по программе.
2.5.4 При низком уровне (ноль логики TTL) на базе транзистора, он закрыт, при этом коллекторный ток практически равен нулю – реле выключено. При высоком уровне (единица логики TTL) на базе, транзистор переходит в режим насыщения, через коллектор протекает ток, который включает реле.
2.5.5 Коллекторной нагрузкой транзистора служит обмотка реле, так как ее сопротивление имеет и активную и индуктивную составляющую, то для предотвращения выбросов тока обратной полярности обмотка шунтирована диодом типа КД510А. Сами реле на схеме не показаны, так как конструктивно они находятся в контрольном пульте наклономерной станции.
2.5.6 Управление ключом осуществляется от TTL выхода микроконтроллера, поэтому для отвода тока при низком логическом уровне на выходе микроконтроллера, базы транзисторов зашунтированы резисторами R2, R4 . Кроме того, эти резисторы обеспечивают интерпретацию высокоимпедансного состояния входа ключей (например, при отключенном питании микроконтроллера) как логический ноль, т.е. при высокоимпедансном состоянии входов ключей, как и при логическом нуле, реле выключены.