Uвих max = ±11,5 В – максимальна вихідна напруга;
Iвих max= 20×10-3A – максимальний вихідний струм;
Rвх = 200 МОм – вхідний опір;
Rвих = 2 к Ом- вихідний опір.
Формування лінійно змінної напруги забезпечується на основі використання схеми інтегратора напруги з вхідною напругою Uвих = -Е.
Схему інтегратора отримуємо, включивши в ланцюг зворотного зв'язку інвертуючого підсилювача замість резистора конденсатор. В цьому інтеграторі подаючи на вхід напругу додатньої полярності конденсатор починає заряджатися і напруга на виході дорівнює:
де U in0 – напруга, яка була на виході інтегратора до появи імпульсу на вході і дорівнює “0”. Звідси
де Ті — тривалість імпульсу.
Ті = 1 /(2×f), де f – частота мережі.
Ті = 1 / (2×50) = 0,01 с.
Задаючись опором R4 = 68 кОм, враховуючи при цьому вхідну і вихідну напругу інтегратора, маємо значення ємності інтегратора:
С1 = Ti×E/Uвих×R4 = (0,01×15)/(11,5 ×68×103) = 0,2 мкФ.
Рис.8. Схема генератора лінійно змінної напруги
При наявності вхідного імпульсу керування конденсатор розряджається через резистор R6 за рахунок відкривання транзисторного ключа.
Для цього вибираємо транзистор КТ342А з наступними параметрами:
Uke ³ E,Ik max = 50 мA,Uke = 30 B,b =250.
Знаходимо розрядний резистор при Uc = Uвих, R6 = Uвих/Ikn, де Ikn = Ik max/1,5,
Іkn= 0,05/1,5 = 0,033 А,R6 = 11,5/0,033 =348,48 Ом.
Вибираємо R6 = 360 Ом.
Знайдемо струм насичення бази Іб н = Ikn/b = 0,033/250 = 132 мкA. Напруга насичення по вхідним характеристикам становить: Uб н = 0,3 В. Обчислимо значення струму через резистор R3, що формує запираючий від'ємний потенціал на базі:
I3 = Iб н/2 = 1,32 ×10-4 /2=66 мкA
Звідси
R3 = (E+Uб н)/I3 = (15+0,3)/0,66 ×10-4 = 231,82×103 0м.
Вибираємо R3 = 240 кОм
Сумарний струм становить:
Іс = Iб н+I3 = 1,32×10-4+0,66×10-4 = 198 мкА.
Опір вхідного резистора ланцюга керування
R2 = (Uвх – Uб н)/Iс = (12– 0,3)/1,98×10-4 = 59,1×103 Ом.
Вибираємо R2 = 62 кОм.
Опір в ланцюзі відкритого колектора компаратора
R1 = (Uk – Uвх))/Iс = (30-12)/ 1,98×10-4 = 90,9 ×103 Ом.
Вибираємо резистор R1 = 91 кОм.
Перевіримо умову “не перевищення” значення зворотної напруги на вході транзистора:
Ube = E×R2/(R2+R3) = 15×62×103/(62×103+240×103) = 3B, що не перевищує Uбe max.
Фільтруючі ємності С1, С3 вибираємо аналогічно попередній схемі, тобто
С2 = С3 = 47нФ.
Проведемо перевірку перенавантаження операційного підсилювача ГЛЗН за вихідним струмом (Iвих). Розрахунок проводимо з врахуванням того, що наступна схема, маючи дуже великий вхідний опір (3О ГОм), майже не споживає струму.
Iвих = Uk/(R1+Rвих) = 30/(91×103+2×103) = 0,32 мА.
Iвих < Iвих max, тому розрахунок проведений правильно.
Розрахуємо вихідний струм попереднього каскаду (спеціалізованого компаратора). Він становить Iвих комп = Uk/R1 = 0,33 мА.
Отримане значення струму значно менше допустимого для компаратора, що становить 200 мА.
1.2.5 Розрахунок компаратора
Для формування імпульсу при порівнянні вхідної напруги від ГЛЗH і вихідної, що задає зсув на кут a, використаємо такий же компаратор, як і для нуль-органа з тією лиш відміною, що на нього будемо подавати не нульове опорне значення напруги, а значення, що лежить в межах від 0 В до +15 В (рис.9).
Резистор R1 і послідовне з'єднання резисторів R2 i R3 виконують роль симетруючих вхідний струм мікросхеми. Крім того нижній симетруючий резистор розбитий на дві частини (R2, R3). Резистор R3 виконує роль захисного. При перевищенні на вході схеми значення U0n (більше +15 В, або менше -15 В) надлишкова напруга, що перебільшує значення ±15 В впаде на резисторі R3, пропускаючи струм в джерело живлення ±15 В через діоди VD1 або VD2.
Перевищення вхідної напруги ±35 В можуть задовольнити діоди КД202Г з приведеними вище параметрами.
R2 = R3 = 2,2 кОм; R1 = 4,7 кОм.
Фільтруючі ємності, як і в попередніх схемах, вибираємо по 47 нФ.
Рис.9. Схема компаратора
1.2.6 Розрахунок диференціюючої ланки
Для запуску одновібратора використовуємо диференцюючу ланку на основі R-С елементів (рис. 10). Враховуючи, що в наступній схемі будемо використовувати мікросхему на операційному підсилювачі К140УД7 з вхідною диференціальною напругою не перевищуючою ±12 В, R-С ланку виконаємо з двох резисторів, створюючи з них також дільник напруги. Встановимо параметри для дільника Uвих = 5 В, Е = І5 В. Задаємось резистором R1 = 12 кОм. Тоді вихідна напруга буде залежати ще й від двох резисторів дільника R2 і R3 – вхідного опору наступної схеми.
Uc(t) = Uc(-¥) – [Uc(¥) – Uc(0)]×e-t/t.
Для нашої схеми враховуючи, що компаратор з відкритим колектором коротить точку з'єднання R1 і С на спільний провід, а при наявності вхідного сигналу знімає вказану закоротку, маємо: Uc = E; Uc(0) = 0;
Uc(t) = E - E×e-t/t = E(1 – e-t/t).
Тоді напруга на обох резисторах
U = E - Uc(t) = E.
З урахуванням
де t = (R1+R2с)×C, R2с = R2 // R3
Для отримання Uвих0 = 4 В в початковий момент часу необхідно виконати умову:
.
R2с = (Uвих0×R1)/(E – Uвих0) = (4×12·103)/(15-4) = 4,36 кОм
Рис.10. Диференціююча ланка
При R2 = R3, враховуючи R2с = R2/2, одержуємо R2 = 2×R2с = 8,73 кОм.
Вибираємо R2 = R3=8,2 кОм.
Знайдемо ємність конденсатора при тривалості імпульсу 10 мкс, заданій при половинній вихідній напрузі від свого початкового значення.
Uвих0/2 = Uвих0×e-t/((R1+R2/2)×C)
C = -t/((R1+ R2/2)·ln(0,5)) = 8,96 нФ
Вибираємо ємність C = 9,1 нФ.
Для виключення можливості попадання імпульсів зворотної полярності в схему наступного каскаду використовуємо діод КД202Г з вище приведеними даними.
Знайдемо величину струмового навантаження попереднього каскаду:
Iвих = E/R1 + E/R2 = 15×(1/1,2×104 + 1/0,82×104) = 3,08 мА.
Обчислене значення значно менше максимального струму компаратора 200 мА.
1.2.6 Розрахунок одновібратора
Тривалість імпульсу одновібратора складається з тривалості імпульсу вмикання тиристора t = 4 мкс i тривалості формування фронту вихідного каскаду tf = 16,5 мкc.
Амплітуда вихідного сигналу Uвих повинна бути не менше 10 В.
Для одновібратора (рис. 11) виберемо операційний підсилювач такий же, як і для схеми ГЛЗН К140УД7 з вище вказаними параметрами.
Рис.11. Схема одновібратора
Задаючись мінімально необхідним значенням сигналу Uвх = 2 В, знаходимо відношення вихідного сигналу до вхідного :
c = Uвх/Uвих = 2/10 = 0,2.
За вказаним значенням c знайдемо значення R2 при значенні R1 = 12 кОм, заданого при розрахунку попередньої схеми.
R2 = R1×(1 - c)/c = 1,2×104×(1-0,2)/0,2 = 48 кОм.
Виберемо R2 = 47 кОм.
Із співвідношення , задавшись ємністю конденсатора С1=13 нФ, знайдемо значення опору R3 :
R3 =(t+tф)/C1·ln(1/(1-c))=7,07 кОм
Виберемо значення R3 = 7,5 кОм.
При заданій вихідній напрузі і опорi R3 найбільший струм, що може пройти через діод становить:
I = Uвих/R3 =10/7,5×103 »1,3 мА.
Проходженню такого струму може задовольнити раніше вживаний діод КД202Г. Максимальний струм виходу мікросхеми :
Iвих=Iб+(1/(R2+R1)+1/R3) ×Uвих
Iвих=6,18×10-3+10×(1/59×103+1/7,5×103) =7,76 мА.
Знайдене значення струму не перевищує максимального для мікросхеми 20 мА. Ємності С2, С3 – фільтруючі. Їх вибираємо аналогічно вище приведеним по 47 нФ.
Схема СІФК розроблена для керування тільки одним із шести тиристорів в межах регулювання a від 0 до 60°.
Література
1. Забродин Ю.С. Промышленная электроника.– М.: Высшая школа, 1982.– 496с.
2. Колонтаєвський Ю.П.,Сосков А.Г. Промислова електроніка та мікросхемотехніка: теорія і практикум.-К.:Каравела,2003.-368с.
3. Руденко В.С., Сенько В.Н., Трифонюк В.В., Юдин Е.Е. Промышленная электроника.– К.: Техника, 1979.– 499 с.
4. Руденко В.С., Сеньков В.Н., Чиженко И.М. Основы преобразовательной техники.– М.: Машиностроение, 1994.
5. Триполитов С.В., Ермилов А.В. Микросхемы, диоды, транзисторы (справочник.).– М.: Машиностроение, 1994.
6. Григорьев О.П., Замятин В.Я., Кондратьев Б.В., Пожидаев С.Л. Тиристоры (справочник).– М.: Радиосвязь, 1990.– 270 с.
7. Интегральные микросхемы: Справочник/ Б.В. Тарабрин, Л.Ф. Лунин и др. Под ред. Б.В. Тарабрина.– М.: Радио и связь, 1984.– 528с.
8. Чебовский О.Г. и др. Силовые полупроводниковые приборы: Справочник/ 2-е изд., перераб. и доп.– М.: Энергоатомиздат, 1985.– 400с.
9. Аксенов А. И., Нефедов А. В. Отечественные полупроводниковые приборы / Аксенов А.И., Нефедов А.В.– 3-е изд., перераб. и доп.– М.: СОЛОН-Р, 2002.
10. Герасимов В.Г. и др. Основы промышленной электроники. - М:Высшая школа,1986.-336с.
Страницы: 1, 2, 3
