Elektronika

Moduł wykonawczy

Moduł wykonawczy składa się ze wzmacniacza mocy oraz systemu łączników (mechanicznych przekaźników). Układ ten jednakowo "obsługuje" charakterystyki I(U) i U(I).

Schemat blokowy modułu wykonawczego (na dole są wyjścia pomiarowe kolejno U i I)

Stanowi on układ wzmacniacza mocy z napięciowym lub prądowym ujemnym sprzężeniem zwrotnym (łącznik 1 lub 2). Obwody służące do generacji USZ dostarczają równocześnie napięć pomiarowych w celu pomiaru U i I. Powyższe rozwiązanie jest układem poprawnie mierzonego prądu. Napięcie wejściowe oraz pomiarowe mają identyczny maksymalny zakres zmian wartości bezwzględnej. Napięcie wejściowe jest unipolarne, natomiast pomiarowe – bipolarne. Tę maksymalną wartość napięć ustaliłem na około 400 mV (dokładnie 409.6 mV) co stanowi optymalny poziom dla zastosowanych przetworników A/C (12 bitów). Wzmacniacz mocy zadaje w zasadzie napięcie unipolarne (dodatnie), jeżeli nie brać pod uwagę możliwości uzyskania na jego wyjściu niewielkiego, rzędu pojedynczych woltów, napięcia ujemnego. Ogólnie, ujemne napięcie wyjściowe charakterografu uzyskujemy dzięki przełącznikowi polaryzacji.

Łącznik 4 pozwala odseparować wzmacniacz od dalszej części układu i tym samym wykonać bierny pomiar napięcia obiektu załączonego do zacisków wyjściowych (funkcja woltomierza). Dodatkowo zwierając łącznik 5 można zrealizować bierny pomiar prądu (amperomierz).

Łączniki 6–9 stanowią przełącznik polaryzacji z możliwością realizacji rozwarcia lub zwarcia (tzw. bierności) widzianego niezależnie po obu stronach przełącznika. Bierność U oznacza rozwarcie, a I zwarcie. Mamy więc 4 kombinacje bierności: UU, UI, IU, II.

Dodatkowo zdecydowałem się umieścić w odpowiednich miejscach łączniki 3 i 10. Łącznik 3 eliminuje niekorzystne stany przejściowe podczas pracy układu, natomiast łącznik 10 umożliwia wykonanie prostego testu poprawności działania bloku wykonawczego, wykonując pomiar prądu płynącego przez rezystor wzorcowy.

Pokazany na schemacie blokowym dzielnik napięcia oraz rezystor bocznika są w praktyce przełączane w zależności od zakresu U lub I.

Cały blok wykonawczy jest w stanie zrealizować następujące zadania:

  1. Spoczynek (stan nr 0): wszystkie łączniki wyłączone.
  2. Bierność U lub I (stan nr 1): osiągana przez odpowiednie załączenie przełącznika polaryzacji. Bierność U oznacza stan bierny dla źródła U (rozwarcie), natomiast I – dla źródła I (zwarcie). Zwróciłem na ten aspekt uwagę ze względu na możliwość załączania na wyjście charakterografu obiektu czynnego zawierającego źródło napięciowe lub prądowe.
  3. Pomiar obiektu (stan nr 2):
    – funkcja woltomierza: odpowiednie załączenie przełącznika polaryzacji, wyłączenie Ł4 i pomiar napięcia z dzielnika rezystorowego,
    – funkcja amperomierza: odpowiednie załączenie przełącznika polaryzacji, zwarcie Ł5 (oraz rozwarcie Ł4). Napięcie pomiarowe pobieramy z bocznika.
  4. Ustawienie źródła (stan nr 3): załączenie Ł4 oraz wprowadzenie w stan bierności obustronnej przełącznika polaryzacji. Dla ustawiania napięcia przełącznik polaryzacji przedstawia sobą na wejściu bierność U (rozwarcie) – napięcie zdejmujemy z dzielnika. Natomiast dla ustawiania prądu przełącznik ten ustawia bierność I na wejściu – mamy zwarcie i prąd (ściślej, napięcie proporcjonalne do niego) ściągamy z rezystora bocznika.
  5. Załączenie źródła (stan nr 4): sytuacja jest podobna do p.4 z tą różnicą, że przełącznik polaryzacji przechodzi w stan załączenia.
  6. Testowanie (stan nr 5): włączenie funkcji „załączenie źródła” z dodatkowym rezystorem wzorcowym.

Powyższe zadania są podzbiorem rozkazów wysyłanych z komputera nadrzędnego.