 |
Расчёт блока управления ключами
|
|
|
|
Требуемый алгоритм замыкания-размыкания ключей осуществляется на основании сравнения входного напряжения с нулём и напряжений на входе и выходе устройства выборки-хранения. Для выполнения этой операции был выбран компаратор К554СА2.
Важную роль в помехоустойчивости схемы играет определение нуля на входе.
Так как сравнение осуществляется на DA8, порог срабатывания, при котором начинается обработка входного сигнала £ 7.5 мВ, при помехе, превышающей этот уровень произойдёт ошибочное преобразование сигнала (помеха будет интерпретирована как входной импульс). Для решения данной проблемы можно ввести зону нечувствительности для входного сигнала. Для этого на инвертирующий вход DA8 подавать не ноль, а некоторое положительное напряжение, которое и определит зону нечувствительности. Однако, такой подход ограничивает обработку малых по амплитуде сигналов и приводит к появлению погрешности преобразования.
Для выбора режима преобразования используются ключи на интегральной микросхеме К561КП1(DD9, DD10). Так как в схеме используется три положения ключа, то на микросхеме К555ИЕ5 организован счётчик до 3 (DD8), осуществляющий управление ключами DD9, DD10. Счётчик переключается по нажатию кнопки SB1. Для подавления дребезга контактов применена цепочка R39 C10.
Номиналы выбраны R39 = 1 кОм (ряд Е24) С10 = 0,01 мкФ (ряд Е24).
Для индикации режима преобразования использованы светодиоды VD1 - VD3 АЛ310Б (Uпр = 2В, Iпр = 10 мА).
Для задания номинального тока служат R40 - R42.
Расчёт блока питания
С целью уменьшения массогабаритных показателей и повышения к. п. д. используется импульсный блок питания.
Для определения мощности БП оценим токи шин питания:
|
|
|
I15 = 500 мА12 = 45 мА -6 = 40 мА5 = 70 мА
Общая мощность потребляемая схемой (не считая БП) P = 8.7 Вт.
Для формирования напряжения повышенной частоты применена полумостовая схема, управляемая генератором импульсов возбуждения. Генератор построен на на микросхемах DD5-DD7. На элементах
DD5.1-DD5.3 построен задающий генератор. Будем использовать частоту преобразования 100 кГц.
Пусть C3 = 470, тогда для настройки частоты возьмём подстроечный резистор R22 = 100 кОм.
С4,R23 образуют дифференцирующую цепь, пропускающую короткие импульсы C4 =62, R23 =12 кОм.
На DD5.4 DD6.1 собран формирователь длительности пауз
C5 = 680 C6 = 100 кОм
Делитель напряжения в полумостовой схеме собран на С11, С12
Диодный мост VD7выбран КЦ 407А (Iпр = 0,5А Uобр = 400В)
В качестве транзисторов взяты КП948Б.
Защита от короткого замыкания функционирует следующим образом: при повышении тока через первичную обмотку Т2 напряжение на R30 увеличивается, заставляя светодиод оптопары U3 светиться, что переводит динистор в проводящее состояние, что приводит к падению напряжения питания микросхем генератора и как следствие к остановке.
Для предотвращения попадания высокочастотной составляющей в сеть на входе БП стоит П-образный симметричный фильтр.
Напряжение с вторичной обмотки подаётся на диодный мост VD11, собранный на диодах КД212А (Iпр = 1А, tвос = 0.3мкс). Двуполярный стабилизатор напряжения собран на микросхемах DA12 (КР142ЕН12А) и DA13 (КР142ЕН18А). С17-С22 = 1мкФ. На R32 R33 и R35 R36 собраны делители напряжений, определяющие выходное стабилизированное напряжение. R32=R36=120, R33=R35=2к. Номиналы выбраны из рекомендаций производителя.
Рассмотрим блок стабилизации напряжения +12В.
IП = 45мА
В качестве транзистора VT 10 взят КТ807А (Iк=0,5А)
VT11 КТ814А (Iк=1.5 А)
В качестве стабилитронов VD12,VD13 взят КС208В (UСТ = 12, IСТ = 5 мА) Сопротивления R34, R35 выбраны на основании
Для стабилизации напряжения -6 В
Стабилитрон VD14 КС412А (UСТ = 6,2, IСТ = 5 мА)
|
|
|
Для получения напряжения +5В переменное напряжение со вторичной обмотки Т2 подаётся на диодный мост VD10 на диодах КД212А (Iпр = 1А, tвос = 0.3мкс).
Постоянное напряжение подаётся на интегральный стабилизатор КР142ЕН5А. С15, С16 служат для подавления переменной составляющей. Выбраны С15=С16=1мкФ.
Заключение
В ходе выполнения курсового проекта была спроектирована схема преобразователя сигнала.
При разработке рабочего цикла устройства появилась необходимость в применении устройства хранения-выборки. В связи с этим возникла проблема оптимального построения устройства запоминания аналоговых величин. Основное противоречие в этом вопросе заключается в следующем: для повышения точности хранения необходимо минимизировать ток разрядки конденсатора в режиме хранения, для этого применяются буферные повторители на ОУ с полевыми транзисторами на входе. Однако, последние обладают высоким дрейфом напряжения, что в свою очередь уменьшает точность хранения. Для сведения этих нежелательных эффектов к минимуму в схеме преобразователя былаприменена специализированная микросхема выборки-хранения и использованы прецизионные микросхемы ОУ.
Преобразование tX ~ U и f ~ U удалось реализовать на одном релаксационном генераторе. Для смены режимов необходимо лишь поменять пороговые наряжения.
При разработке устройства и обеспечении необходимых выходных параметров возникла необходимость применения усилителя мощности. Выбор был остановлен на УМ с выходным двухтактным каскадом, работающим в режиме АБ, что позволило уменьшить токи и повысить качество передачи сигнала. На входе УМ применён дифференциальный каскад, за счёт которого организована обратная связь, повышающая стабильность устройства.
При выборе блока питания оценивались такие характеристики как КПД, безопасность и массогабаритные параметры. На основе анализа указанных характеристик был выбран импульсный блок питания. В схеме блока питания предусмотрена защита от превышения рабочего тока. При построении схемы преобразователя основное внимание было уделено построению рабочего цикла, обеспечивающему максимальную точность преобразования. Для решения данной задачи переход между участками цикла осуществляется лишь на основе сравнения напряжений на входе и на выходах интегратора и устройства выборки хранения. За счёт асинхронности процессов обеспечивается гарантия полного завершения каждого из участков цикла.
|
|
|
Для коэффициента пропорциональности преобразования и коэффициента усиления предусмотрены плавные электронные регулировки. За счёт применения оптопар обеспечена гальваническая развязка управляющих цепей, что облегчает сопряжение разработанного устройства с внешними управляющими схемами.
При анализе схемы на помехоустойчивость была выявлена ещё одна проблема. Так как для определения наличия входного импульса происходит сравнение входного сигнала с нулём, то при появлении помехи, по амплитуде большей, чем порог компаратора произойдёт ложная обработка сигнала. Причём ошибочный результат будет выдаваться до тех пор, пока не пройдёт истинный импульс. Для устранения этого нежелательного эффекта можно увеличить зону нечувствительности по входу, однако наряду с повышением стабильности произойдет падение точности и уменьшение интервала применения. Данный вопрос нельзя решить однозначно, и для определения зоны нечувствительности необходимо опираться на уровень зашумлённости среды.
При выполнении курсового проекта были изучены и применены основные принципы построения аналоговых и цифровых устройств. Кроме специального блока преобразования были проанализированы и универсальные схемные решения, такие как усилитель мощности и блок питания. Данные узлы могут быть применены практически в любом электронном устройстве.
|
|
|
