Курсовая работа по курсу: “Электроника”
Московский Авиационный Институт имени Серго Орджоникидзе
Кафедра 301
Москва 2000 год.
Схема устройства:
R1
$IMAGE6$ $IMAGE7$ $IMAGE8$ $IMAGE9$ $IMAGE10$ $IMAGE11$ $IMAGE12$ $IMAGE13$ $IMAGE14$ $IMAGE15$ $IMAGE16$ $IMAGE17$ $IMAGE18$ $IMAGE19$ $IMAGE20$ $IMAGE21$ $IMAGE22$ $IMAGE18$ $IMAGE24$ $IMAGE25$ $IMAGE26$ $IMAGE27$ $IMAGE12$ $IMAGE12$ $IMAGE30$ $IMAGE31$ $IMAGE32$ $IMAGE33$ $IMAGE34$ $IMAGE35$ $IMAGE36$ $IMAGE36$ $IMAGE38$ $IMAGE39$ $IMAGE40$ $IMAGE41$ $IMAGE42$ $IMAGE43$ $IMAGE44$ $IMAGE45$ $IMAGE46$ $IMAGE47$ $IMAGE48$ $IMAGE49$ $IMAGE50$ $IMAGE50$ $IMAGE52$ Uп
$IMAGE53$ $IMAGE54$ $IMAGE55$ $IMAGE47$Uвх -
$IMAGE57$ - VT1 R2 RH C2 R4 R7
VT2 VT3
T1 T2
C1 R3 R6 C3
Технические данные:
Напряжение питания схемы: Eп = ± 27В
Условия эксплуатации: температура, °С (-50 ÷ +60)
Частота работы схемы: f = $IMAGE60$ Гц
Временные диаграммы.
Введение.
Данное устройство предназначено для фазоимпульсной модуляции.
Генератор пилообразного напряжения выполнен на транзисторе VT1 и двухбазовом диоде (или однопереходном транзисторе) VT2, конденсаторе С1 и резисторе R3.
Угол отсечки регулируется с помощью второго однопереходного транзистора VT3, на котором также построен генератор импульсов.
Схема довольно проста, легко настраивается и перестраивается, обладает высокой надежностью.
Применяется для регулирования тока (напряжения) накала в печах.
Краткое описание работы.
Схему можно разбить на три основных функциональных блока.
$IMAGE61$
$IMAGE62$
2.1.Описание работы устройства.
Генератор пилообразного напряжения, построенный на транзисторе VT1, конденсаторе С1 и резисторе R1, вырабатывает импульсы, подаваемые на однопереходный транзистор ОПТ, который в свою очередь открывает на время $IMAGE63$транзистор VT4, обеспечивающий подачу импульсов продолжительности t на нагрузку RH. Для фазовой модуляции импульсов используется схема на ОПТ VT3.
2.2.Описание работы генератора пилообразного напряжения.
При подключении напряжения UBX на транзистор VT1 конденсатор С1 начинает заряжаться через транзистор и резистор R1 до напряжения U(t1),определяемого величиной напряжения включения ОПТ.
Зарядившись до указанной величины конденсатор С1 начнет разряжаться через ОПТ VT2 и резистор R3.
2.3.Описание работы генератора импульсов.
При подаче напряжения на транзистор VT1 тиристор VT4 и двухбазовый диод (ОПТ) VT2 остаются запертыми, а конденсатор С1 начнет заряжаться через открытый транзистор VT1 и резистор R1. При достижении величины напряжение UЭ ВКЛ , при котором эммиттер - база 1 ОПТ VT2 окажется открытым. В этот момент включается VT2 и конденсатор С1 разряжается через цепь эмиттер-база1 VT2 и резистор R3.
Импульс, снимаемый с этого резистора, отопрет тиристор VT4 и напряжение источника питания окажется приложенным к нагрузке. Пока ток нагрузки IH>IУД тиристор остается открытым. Длительность задержки:
$IMAGE64$.
Когда открыт VT4, ток через нагрузку RH заряжает конденсатор С2 по цепи R4-C2-VT4. После заряда конденсатора С2 и отпирания VT5 от генератора модулирующего сигнала, конденсаторС2 подключается параллельно тиристору. Продолжительность заряда $IMAGE65$.При этом положительная обкладка конденсатора С2 окажется подключенной к катоду, а отрицательная – к аноду. Т.о. к прибору прикладывается обратное напряжение $IMAGE66$. В цепи, образованной конденсатором VT5 и тиристором VT4 возникает обратный ток, который проходит через прибор в обратном направлении. Когда результирующий ток прибора становится меньше IУД, последний запирается.
Должно быть $IMAGE67$
Емкость
$IMAGE68$,
где IПР А - прямой ток нагрузки τВЫКЛ, мкс.
При этом заряд одного импульса тока $IMAGE69$, где Е=UП
tТС мин для VT4, мкс 0,707С2R4
Если варьировать моментом отпирания тиристора, то ток через прибор и нагрузку будет протекать только в течение какой-то определенной части импульса. Так при небольшой задержке тиристор может быть отперт в начале импульса, при больших задержках – в любой точке импульса, либо в его конце. Тем самым можно регулировать средний за период ток, проходящий в нагрузке, от максимального почти до нуля. Такой способ управления называется фазовым регулированием или фазовым управлением, фазовым модулированием поскольку при этом изменяется сдвиг фаз между импульсом и началом протекания прямого тока.
Математическая модель устройства.
Генератор первообразного напряжения.
Рассмотрим процесс заряда – разряда емкости С1 в импульсном режиме.
$IMAGE70$ (1)
$IMAGE71$ (2)
Уравнение заряда конденсатора С1
$IMAGE72$ (3)
Уравнение разряда конденсатора С1
$IMAGE73$ (4)
Решая дифференциальные уравнения, получим:
$IMAGE74$
$IMAGE75$, где время заряда емкости С1
$IMAGE76$- время разряда емкости С1
Решая эту систему получим выражение для амплитуды длительности импульса и периода через параметры схемы.
Выражение для амплитуды примет вид
$IMAGE77$
Длительность импульса.
$IMAGE78$
В таком случае период
$IMAGE79$
Математическое описание блока формирующего импульсное напряжение на нагрузке.
Уравнение заряда емкости С2
$IMAGE80$ (5)
Уравнение разряда емкости С2
$IMAGE81$ (6)
Экспоненту заряда емкости С2 запишем в виде
$IMAGE82$, где $IMAGE83$ (7)
Экспонента разряда
$IMAGE84$, где $IMAGE85$ (8)
Время заряда емкости С2
$IMAGE86$
Время разряда
$IMAGE87$
Период
$IMAGE88$ (9)
$IMAGE89$ (9)
Математическая модель всего устройства.
$IMAGE90$
$IMAGE70$ (1)
$IMAGE71$ (2)
$IMAGE93$ (3)
$IMAGE73$ (4)
$IMAGE80$ (5)
$IMAGE81$ (6)
$IMAGE82$ (7)
где $IMAGE83$
$IMAGE99$ (8)
где $IMAGE85$
$IMAGE88$ (9)
$IMAGE89$ (9)
4. Синтез схемы.
4.1.Последовательный расчет фазоимпульсного модулятора.
Выбираем транзистор VT1, исходя из его способностей пропустить ток заряда конденсатора С1 за время q2 и выбираем двухбазовый диод Uc1 и пропускаем ток падение напряжения которого на резисторе R3 открывает тиристор VT4. Выбираем тиристор VT4, напряжение VБ12 которого меньше 30B и время отпертого состояния которого соответствует времени q1.
$IMAGE103$
Рассчитаем величину емкости С1
Задаемся временем заряда $IMAGE104$
Из формулы (3) время заряда
$IMAGE105$, откуда
$IMAGE106$
Выбираем транзистор задаваясь временем заряда и током $IMAGE107$,
Где t3-время заряда емкости С1,tnVT1-время переключения транзистора VT1 можно не учитывать в виду его малости по сравнению c tЗ (tnVT» $IMAGE108$)
Задаемся q2=tp – временем разряда емкости С1.
Из уравнения (3) получаем
$IMAGE109$
Из уравнения (4) находим R4
$IMAGE110$ (9а)
Решая совместно уравнение (1) и (2) получим
$IMAGE111$ (10)
$IMAGE112$ (11)
Таким образом, получили все номиналы элементов, образующих требуемый модулируемый импульс.
Численный расчет схемы.
Выбираем транзистор МП42Б служащий для устройств переключения и с небольшим сопротивлением RКЭ, которые в основном определяется сопротивлением коллектора rk
$IMAGE113$
Выбираем тиристор К4104Б со следующими характеристиками:
Постоянный ток в закрытом состояние Iзс = 0,5мВ
Отпирающий постоянный ток управления IY от=20мА
Отпирающее постоянное напряжение управления UУ от=2В
Напряжение в открытом состояние UОС=2В
Неотпирающее постоянное напряжение управления UУНОТ=0,1В
Время включения tвкл=0,29мkс
Время выключения tвыкл=2,5мkс
Предельно допустимые параметры:
Постоянное напряжение в закрытом состояние UЗ с max=30B
Постоянное обратное напряжение UОБР max=6B
Постоянный ток в открытом состоянии IОС min=0,1A
Постоянный прямой ток управления IУ min0=0,03B
Средняя рассеиваемая мощность PСР РАС=0,2В
Выбираем двухбазовый или управляемый диод, или однопереходной транзистор ОПТ: К117А со следующими предельно допустимыми параметрами:
Ток эмиттера IЭ max=50мА
Ток эмиттер-база IЭБО max=1мкА
Ток включения IВКЛ max=20мкА
Ток выключения IВЫКЛ min=1мА
Напряжение на базах UБ12 max=30B
Напряжения насыщения эмиттер-база Umax ЭБ нас=5В при IЭ=50мА
Коэффициент К К=0,6
Сопротивление между базами RБ12=6кОм UЭК=0,6·27=16,2
Резистор
$IMAGE114$
берем 1,1Ом.
Напряжение питания схемы берем UП=27В
Емкость конденсатора
$IMAGE115$
берем 0,016мкФ.
Время разряда
$IMAGE116$
Подставляем значения в формулу (10) и определяем R3
$IMAGE117$
Подставляя значения в формулу 11, определяем R2.
$IMAGE118$
По формуле (9а) считаем:
$IMAGE119$
берем 62Ом.
Совершенно аналогично для тех же времен заряда и разряда, то есть для аналогичной модуляции фазой определим:
R6=51Ом, R5=20Oм, $IMAGE120$, С3=0,016мкФ
ПЭС
$IMAGE121$ $IMAGE122$ $IMAGE123$
$IMAGE124$ R1
$IMAGE125$ VT1 R2 RH C2 R4 R7
VT2 VT3
T1 T2
C1 R3 R6 C3
X1
$IMAGE12$