Пристрій дистанційного управління
До того часу потреба в автоматизації обчислень (у тому числі для військових
потреб - балістики, криптографії і т.д.) стала настільки велика, що над
створенням машин типу побудованих Ейкен одночасно працювало кілька груп
дослідників. Починаючи з 1943 р. Група фахівців під керівництвом Джона
Мочлі в США почала конструювати машину вже на основі електронних ламп, а не
реле. Їх машина названа ENIAC, робота в 1000 разів швидше ніж МАРК-1, однак
для завдання її програми доводилося протягом декількох годин або навіть днів
приєднувати потрібним чином проводи. Фахівці почали конструювати машину,
яка могла б зберігати програму у своїй пам'яті.
Комп'ютери 40-х і 50-х років були дуже великими пристроями, - величезні зали
були заставлені шафами з електронним обладнанням. Все це коштувало дуже
дорого, тому комп'ютери були доступні тільки великим фірмам. Перший крок до
зменшення розмірів комп'ютерів був зроблений з винаходом у 1948 р.
транзисторів, які змогли замінити в комп'ютерах лампи. І вже в другій
половині 50-х років з'явилися машини на основі транзисторів. Єдине місце
де транзистори не змогли замінити лампи-це блоки пам'яті, але там замість ламп
стали використовувати схеми пам'яті на магнітних сердечниках. У 1965 р. Фірмі
Digital Equipment вдалося випустити міні-комп'ютер розміром з холодильник і
вартістю 20.000 $.
Наступний крок у мініатюризації комп'ютерів-винахід інтегральних мікросхем
або чіпів. Потім прогрес комп'ютерів став дуже стрімким. Ось основні
віхи в еволюції сучасних комп'ютерів:
1978р .- Intel процесор 8086
1979р .- Intel процесор 8088
1981р .- IBM PC із процесором 8088
1984р .- IBM PC AT з процесором 80286
1985р .- Microsoft Windows
1988р .- Intel 80386SX
1989р .- Intel 486DX
1990р .- PC з процесором 486DX/25
1992р .- Intel 486DX2
1993р .- Intel Pentium
1995р .- Intel Pentium Pro
1998р .- процесор Pentium з тактовою частотою 600 Мгц
Стрімкі темпи комп'ютеризації всіх сторін людської діяльності
призвели до того, що сьогодні комп'ютери, і, перш за все персональні ЕОМ, стали
неодмінним атрибутом самих різних технічних комплексів. Це стосується і
сучасних систем управління та збору даних, контрольно-вимірювального та
лабораторного устаткування, тобто будь-яких комплексів, основним завданням яких
є обробка та інтерпретація інформації, що надходить з "зовнішнього світу".
Сьогодні практично всі системи такого роду, за винятком суто
спеціалізованих систем, побудованих на основі спеціалізованих процесорів,
оснащені персональними комп'ютерами на процесорах провідних світових
виробників, у тому числі і Intel. У результаті, перед розробниками і
користувачами будь-якої подібної системи постає завдання адекватної стикування
пристроїв, які сприймають інформацію з зовнішнього світу (датчиків різного
типу), з персональним комп'ютером, що є центральним вузлом такої системи.
Комп'ютер виконує завдання координації роботи системи, обробки надходить
інформація та подання її користувачеві у найбільш зручній для нього формі.
МЕТОДИ ТА СИСТЕМИ ДИСТАНЦІЙНОГО УПРАВЛІННЯ.
Впровадження електронних засобів регулювання параметрів, характеристик та режимів
передавача дозволяє здійснювати управління передавачем на відстані. Таке
управління, який називається дистанційним, широко використовується в професійних
передавачах.
Дистанційне керування радіомовних передавачем, що знаходиться в сусідньому
приміщенні або в цьому ж, але на відстані в кілька десятків метрів, створює
для обслуговуючого персоналу підвищені зручності. Чи не підходячи до передавача,
оператор має можливість включити і вимкнути передавач, налаштувати його на
потрібну частоту, переключити джерело сигналу, і т.д.
У радіомовних передавачах для дистанційного керування використовуються
ультразвукові, інфрачервоні коливання або управління за допомогою ліній зв'язку.
Структурна схема дистанційного керування з використанням джерела
інфрачервоного коливання
Рис 1.
Структурна схема дистанційного керування з використанням джерела
інфрачервоного випромінювання показана на рис.1, Необхідна для управління
передавачем інформація набирається оператором на пульті управління ПП, сигнали
управління з його виходу після перетворення зв'язку пристроєм кодування КК
подаються на фотодіод ФД (випромінювач), що випромінює інфрачервоні імпульси в
напрямку фототранзистори ФТ, що знаходиться на керованому передавачі.
Прийняті фототранзисторів імпульси посилюються і декодуються у пристрої
декодування УД, з виходу якого сигнали управління надходять на
відповідні ланцюги регулювань передавача. У передавачі з мікропроцесорним
управлінням пульт може частково або повністю дублювати панель управління
передавача. Інфрачервоні коливання добре поглинаються стінами приміщення і
розташованої в ньому меблями, при цьому практично не створюються заважають
впливу пристроїв, що знаходяться в інших приміщеннях.
Системи ДУ на ультразвукових коливаннях діють за таким же принципом.
Дистанційне управління передавачем за допомогою ліній зв'язку. управління
розглянемо на прикладі управління передавачем декаметрового діапазону. У таких
РПДУ контроль і управління його роботою здійснюється з диспетчерського пункту
(ДП), що знаходиться від передавача на деякій відстані, що підвищує
оперативність радіозв'язку за рахунок управління передавачем з допомогою ЕОМ по
заздалегідь заданою програмою, а при роботі передавача на необслуговуваних
радіостанціях скорочує обслуговуючий персонал.
Радіопередавач, що знаходиться на значній відстані (наприклад, багато
кілометрів) від оператора або ЕОМ, управляється шляхом односторонньої або
в обидві сторони інформації.
У першому випадку передаються тільки команди телеуправління (ТУ); в другому для
контролю за роботою передавача організується зворотний канал зв'язку для передачі
інформації телесигналізації (ТЗ).
При дистанційному управлінні для кожного органу управління РПДУ
передбачається або окрема лінія зв'язку, або число ліній зв'язку менше
числа об'єктів управління. У першому випадку сигнали передаються за допомогою
паралельного коду, у другому випадку відбувається ущільнення каналу зв'язку, і
сигнали передаються за допомогою послідовних кодів.
Структурна схема систем телеуправління і телеконтролю
Рис 2.
Система телеуправління і телеконтролю РПДУ складається з пристроїв, що встановлюються
на диспетчерському пункті, каналу зв'язку та пристроїв, що встановлюються на РПДУ (мал.
2). У блоці виведення на ДП передана інформація перетворюється (кодується і
модулюється) у форму, придатну для передачі по лінії зв'язку до керованого
РПДУ, що містить в блоці введення зворотні перетворювачі, декодуючі і
демодулірующіе пристрою. Блок введення передає інформацію від ДП передавача, а
також викликає спрацьовування візуальних або слухових індикаторів на передній
панелі передавача; блок виведення знімає інформацію з РПДУ для передачі на ДП.
Якщо необхідно здійснювати управління великою кількістю передавачів, для
підвищення ефективності каналу зв'язку використовують загальний канал для передачі
повідомлень всім РПДУ, тобто здійснюють ущільнення одного каналу зв'язку вторинними
каналами. В основному застосовуються системи з кодовим поділом каналів, в
яких у кожному вторинному каналі, по якому здійснюється управління
конкретним передавачем, передається спеціальна кодова комбінація. На приймальній
стороні сигнали з лінії зв'язку від ДП паралельно подаються на дешифратори
передавачів. Якщо кодова комбінація після дешифрування відповідає комбінації,
присвоєної даному РПУД (його адресу), то сигнали ТУ впливають на цей
передавач. При цьому або сам адресний код несе в собі команду ТУ для
передавача, або адреса і команди ТУ передаються по черзі. Кодова комбінація,
що передається по лінії зв'язку від ДП, має містити адресу РПДУ, на який
повинна бути передана інформація; визначає вид повідомлення; текст повідомлення. В
текст повідомлення може входити багатопозиційна команда ТУ в двійковому або
двійковій-десятковому коді, характер двопозиційний команди, група
двопозиційні сигналів ТС і т.д. До двопозиційні відносяться команди "включити
- Вимкнути "," збільшити - зменшити "і т. д. Адреса та текст можуть мати
різну кількість елементів у межах довжини кодової комбінації. Зазвичай кількість
імпульсів у повідомленні та їх тривалість бувають заданими, тому передавач
може відключатися як у паузах між сигналами, так і під час імпульсів початку
повідомлення, що підвищує перешкодозахищеність системи. Команди ТУ можуть
передаватися і з подвійним підтвердженням.
Спочатку з ДП в РПДУ надсилається адреса і текст підготовленої команди. Після
декодування і запам'ятовування адреси це ж повідомлення надходить назад на ДП, де
відбувається його порівняння з раніше переданим. При збігу переданого та
прийнятого повідомлень з ДП передається на РПДУ дозвіл на виконання команди,
після отримання, якого на ДП надходить відповідне підтвердження.
Телеуправління може бути побудовано так, що спочатку необхідно вибрати групу РПДУ,
потім підгрупа і т. д. Таким чином, вибір для управління необхідного РПДУ
здійснюється у кілька етапів, із застосуванням однакових або різних кодів.
Швидкість передачі інформації ТУ складає 50-2400 біт/с. Апаратура ТУ будується
за принципом модульно-блокової конструкції на ІВ. Для передачі інформації ТУ можуть
бути використані стандартні телефонні канали провідний або радіорелейного
лінії.
Розглянемо спрощені структурні схеми блоків виведення та введення інформації з
тимчасовим кодовим поділом сигналів для передачі по лінії зв'язку сигналів ТУ і
ТЗ.
Структурна схема блоку виводу.
Рис 3.
Структурна схема блоку виводу, який може бути встановлений як в ДП для
передачі сигналів ТУ, так і на приймальному пункті для передачі сигналів ТЗ,
показана на рис. 3. Сигнали ТУ (ТЗ) у вигляді кодових комбінацій, що мають адреси і
тексти, подаються через розподільний пристрій РУ на перетворювач коду
ПК. Це перетворення обумовлено тим, що сигнали ТУ подаються з клавіатури на
РУ в паралельному коді, а передавати сигнали управління по одній лінії зв'язку до
приймального пункту необхідно в послідовному коді. У формувачі кодових
сигналів ФКС для підвищення завадостійкості в кодову комбінацію додаються
синхронізуючі і контрольні імпульси використовуваного коду. Імпульси коду
перетворюються в модуляторі М для передачі по лінії зв'язку до РПДУ. Алгоритм роботи
вузлів блоку виведення задається пристроєм управління УУ, тактові імпульси
виробляються генератором ГТВ.
Структурна схема блоку введення.
Рис 4.
Структурна схема блоку введення представлена на рис. 4. Сигнал з лінії зв'язку
подається на демодулятор Д, з виходу якого послідовність імпульсів
перетвориться в перетворювачі коду ПК в паралельні кодові комбінації. Ці
кодові комбінації записуються в пристрої центральної пам'яті УЦП. Адресна
частина цих кодових комбінацій подається на пристрій управління УУ, а тексти з
виходу УЦП-в пристрої індивідуальної пам'яті ІП1-ІПn кожного керованого
каналу. Запис в пристрої пам'яті ІП1-ІПn проводиться за відповідним
сигналу від УУ. Відповідно до вибраного кодом пристрій захисту кодів УЗК
виробляє сигнал заборони або дозволу на прийом неспотворених кодових
комбінацій. Синхронізація генератора тактових імпульсів ГТВ здійснюється від
селектора тактових імпульсів СТІ.
Розглянуті методи і способи дистанційного керування і контролю мають ряд
істотних недоліків:
1) При дистанційному керуванні за допомогою ІК променів неможливо здійснювати
управління РПДУ, що знаходиться в іншому приміщенні, але ж передавачі іменного
з-за свого шкідливого ВЧ випромінювання переносяться в більш віддалені приміщення.
2) Пристрої дистанційного керування і контролю досить громіздкі,
володіють обмеженим набором функцій і команд, важко піддаються модернізації.
Через складність конструкції мають низьку ненадійністю та ремонтопридатністю.
Ці недоліки усуваються в комп'ютерних системах дистанційного керування і
контролю. Такі системи мають такі переваги: малі габарити і висока
надійність, програмне управління, стандартна шина управління, можливість
нарощування і модернізації, а також простота обслуговування.
3. СИСТЕМА ДИСТАНЦІЙНОГО УПРАВЛІННЯ Передавачі, пару з шиною
КОМП'ЮТЕРА IBM PC
У даній дипломній роботі розроблена комп'ютерна система дистанційного
управління УКХ ЧМ радіомовних передавачем типу HF-1000. Даний спосіб
дозволяє використовувати комп'ютер IBM PC АТ як пристрій,
який виробляє команди управління. Система складається з двох модулів: плати
сполучення і виконавчого пристрою (див. рис.). Плата сполучення вставляється
в стандартний слот розширення системної шини комп'ютера IBM PC AT і управляється
програмним способом. Виконавче пристрій змонтовано в окремому корпусі
з автономним джерелом живлення і з'єднується з платою сполучення з допомогою
8-жильного кабелю через оптоелектронну розв'язку. Команди управління надходять
на передавач по кабелю довжиною до 300 м.
3.1. Системна шина комп'ютера IBM PC.
Системна шина IBM PC являє собою розширення шини мікропроцесора фірми
Intel. Використовувані ІС сумісні з транзисторних-транзисторної логікою (ТТЛ),
крім сигнальних висновків є висновки для подачі живлення +5 В і +12 В і
з'єднання із загальним проводом. На рис. 5 показана розводка висновків системної шини
IBM PC - загалом 62 виводу. Усі сигнали мають активний високий рівень
у всіх випадках, крім обумовлених окремо.
А0-А19. Це 20 висновків адрес пам'яті і пристроїв ВВ. А0 - молодший значущий
розряд (МЗР), А19 - старший (СЗР). Сигнали для цих ліній формуються або
процесором, або контролером прямого доступу до пам'яті.
D0-D7. Ці вісім висновків утворюють двосторонню шину даних. D0 - молодший
розряд, D7 - старший. Під час циклу запису мікропроцесор видає інформацію на
шину даних по сигналу запису впорт ВВ (IOW) або в пам'ять (MEMW), які
тактуючого подачу даних в порт вводу-виводу або в пам'ять. Під час циклу читання
з шини порт вводу-виводу або пам'ять повинні направляти інформацію на шину даних
по сигналу читання з порту ВВ (IOR) або читання з пам'яті (MEMR), які служать
для занесення даних в буфер мікропроцесора.
MEMR, MEMW, IOR, IOW. Ці сигнали з активним низьким рівнем керують операціями
читання і запису. Вони можуть видаватися процесором або контролером ПДП.
ALE (дозвіл регістра адреси). На системній шині PC сигнал ALE вказує на
початок шинного циклу, що ініціюється процесором. Коли цей сигнал
виставлений, по системній шині даних не буде передаватися адресна інформація.
AEN (дозвіл адреси). Цей сигнал видається контролером ПДП і вказує, що
іде виконання циклу прямого доступу до пам'яті. Зазвичай він служить для блокування
логіки декодування порту ВВ під час циклу прямого доступу до пам'яті. Це
необхідно для того, щоб адреса прямого доступу до пам'яті не був випадково
використаний як адресу ВВ. Така ситуація в принципі може виникнути,
оскільки керуючі лінії IOR і IOW можуть переходити в активний стан під
час циклу ПДП.
OSC (сигнали задає генератора), CLOCK. OSC - високо-частотний системний
Синхросигнал з періодом повторення 70 нс (частота 14,31818 МГц) і коефіцієнтом
заповнення 0,5. Частота сигналу CLOCK дорівнює однієї третини частоти задає
генератора (4,77 МГц). Вона є робочою частотою мікропроцесора Intel.
IRQ2-IRQ7 (запити на переривання). Пристротва введення-виведення використовують шість
ліній введення для генерування запитів на переривання, що направляються процесора.
Цим запитам присвоюються певні пріоритети (IRQ2 задає вищий
пріоритет, а IRQ7 - нижчий). Запит на переривання генерується шляхом видачі
високого логічного рівня на лінію IRQ і підтримки його до тих пір, поки
прийом цього сигналу не буде підтверджений процесором. Оскільки сигнал
підтвердження переривання (INTA), що видається процесором, не з'являється на
системної шини, підтвердження зазвичай надходить по одній з ліній порту ВВ, для
чого використовується команда OUT, що видається підпрограмою обробки переривань.
I/O CH RDY (готовність каналу ВВ). Цей вхідний сигнал використовується для
ініціювання періодів очікування, за допомогою яких збільшується тривалість
шинних циклів мікропроцесора при роботі з "повільними" запам'ятовують і зовнішніми
пристроями.
I/O CH CK (перевірка каналу ВВ). Цей сигнал з активним низьким рівнем служить для
"інформування" процесора про те, що в даних, що надійшли з пам'яті або від
пристрою ВВ, є помилка, виявлена контролем по парності.
RESET DRV (ініціювання скидання). Цей сигнал служить для скидання або установки в
початковий стан системної логіки або при включенні харчування, або в тому
випадку, коли після подачі живлення виявляється, що один з рівнів
напруги живлення виходить за допустимі робочі межі. Цей сигнал
синхронізується зрізом імпульсу OSC.
Схема системної шини ISA
Рис 5.
DRQ1-DRQ3 (запит прямого доступу до пам'яті). Ці вхідні сигнали служать для
запиту доступу до асинхронним каналах, які використовуються периферійними
пристроями, щоб отримати можливість прямого доступу до пам'яті. На лінії DRQ
повинен підтримуватися високий рівень сигналу до тих пір, поки рівень на
відповідній лінії DACK не стане низьким.
DACK0-DACK3 (сигнали підтвердження запиту ПДП). Ці сигнали з активним низьким
рівнем використовуються для підтвердження прийому сигналів запиту ПДП і для
регенерації динамічної пам'яті (DACKO).
Т/С (кінець блоку даних). З цієї лінії видається імпульс, коли досягається
кінець блоку даних, які передаються по каналу прямого доступу до пам'яті.
У розробленому пристрої сполучення використовуються сигнали D0 - D7, A0 - A9,
AEN, IOR, IOW, RESET.
3.2. Схема буферизації.
У зв'язку з тим, що навантажувальна здатність шини обмежена, необхідно
підключати до неї пристрою через схеми буферизації. У пристрої вже в
як буферних елементів використовуються шинні формувачі КР1533АП5 (два
чотирьохканальний формувача з трьома станами на виході з інверсний
управлінням). Всього для буферизації розрядів А0 - А9 адресної шини і необхідних
керуючих сигналів використовується дві мікросхеми.
3.3. Дешифратор адреси.
Схема дешифрації адреси портів введення - виведення спроектована з урахуванням можливого
розширення пристрою і розрахована на адресацію 32 портів - з 300H по 31FH.
Існує декілька способів поводження з портами:
1. Введення-виведення, керований програмно.
2. Введення-виведення, керований підпрограмою обробки переривань.
3. Введення-виведення, керований апаратними засобами (ПДП).
В даній схемі використовується програмно-керований введення-виведення, коли звернення до
портів здійснюється за спеціальними командам мікропроцесора IN і OUT.
При появі на шині одного з адрес з 300H по 31FH і при наявності активного
сигналу AEN, логічні схеми декодування генерують імпульс вибору порту. При
наявність цього імпульсу відповідний порт готовий до прийому або передачі
інформації.
3.4. Приймально-передавач даних.
Як приймально-передавача даних використовується восьмиканальний
двонаправлений формувач з трьома станами на виході КР1533АП6.
Напрямок передачі даних визначається наявністю сигналів читання або запису на
шині і роботою дешифратора адреси. Якщо присутній сигнал читання, то дані з
регістрів обраного дешифратор порту надходять на шину. Якщо присутній
сигнал запису, то дані із шини записуються в регістри обраного дешифратор
порту.
3.5. Регістр команд управління.
Регістр команд управління об'єднує три порти з адресами 300Н, 301Н і 302Н. В
нашій схемі регістр діє в одному напрямку: процесор у вигляді
паралельного 8 розрядного коду посилає команду управління передавачем,
що записується в один з портів. Як портів регістра використовуються 3
мікросхеми серії КР1533ІР22 (восьмизарядний регістр на тригерах з фіксатором з
трьома станами на виході). Таким чином, реєстр здатний зберігати
24-розрядне число.
3.6. Виконавче пристрій.
Команди управління передавачем з регістра зберігання подаються на виконавче
пристрій через схему оптоелектронної розв'язки. Виконавче пристрій - це
блок реле, який безпосередньо управляє передавачем. Кожен розряд
регістра управляє окремим реле, що дозволяє подавати на передавач до 24
команд одночасно.
3.7. Блок електроживлення.
Виконавче пристрій живиться від автономного джерела електроживлення.
Джерело являє собою трансформатор, з одного первинної та двома вторинними
обмотками, двома випрямлячами, на основі мостових схем і двома стабілізаторами
безперервної дії (НКСН), розрахованими на напруги +12 В і +5 В
відповідно. Однофазна бруківка схема з усіх двухполуперіодних схем
випрямлення володіє кращими техніко-економічними показниками. Даний
клас пристроїв отримав широке розповсюдження для живлення різної
радіоелектронної апаратури. Це пояснюється схемною простотою, високим
якістю вихідної напруги можливістю мініатюризації методами сучасної
технології. НКСН можуть виконуватися з послідовним, паралельним або
комбінованим включенням регулюючого елементу. В даній схемі використовується
послідовне включення регулюючого елементу. Стабілізований джерело
харчування виробляє два вихідних напруги +5 В і 12 В з малим рівнем
пульсацій. Напруга 12 В використовується для живлення елементів виконавчого
пристрою, а напруга + 5 В - для подальшої модернізації і розширення
системи.
3.8. Робота системи.
Робота системи відбувається в такий спосіб. Програма ставить тимчасові
інтервали запуску тієї або іншої команди управління передавачем та адреси портів
вводу-виводу, в які записуються ці команди. Процесор за заданою
програму в певні моменти часу звертається до порту, виставляючи на лініях
A0 - A9 його адресу 300Н (або 301Н і 302Н), а на лініях D0 - D7 команду
управління.
Одночасно з цим при високому рівні на лінії сигналу IOR приймач
перемикається на передачу даних від шини до регістру. При цьому ініціюється
сигнал AEN, що дозволяє дешифрування адреси, і сигнал IOW, по якому відбувається
запис команди в регістр зберігання команд. Запис здійснюється лише в тому
разі, якщо схема дешифрації визначила, що звернення відбувається саме до
вибраному порту і активізувала його. Таким чином, за 3 цикли звернення можна
записати в регістр зберігання команд 24-розрядне число. Далі сигнали з регістру
надходять на оптоелектронні ключі, які, в залежності від високого або
низького рівня на входах, включають або вимикають реле управління передавачем.
Передавач HF1000 складається з двох блоків: збудника і підсилювача потужності,
кожен з них має входи для зовнішнього управління, які підключаються до реле
виконавчого пристрою за допомогою кабелю, прокладеного від ефірної студії в
навчальному корпусі УРСС до апаратної на 9 поверсі будівлі на Мельникова - 52а. В
даній системі використовується поки тільки три сигнали:
включення підсилювача потужності;
відключення підсилювача потужності;
блокування несучої частоти збудника.
достатньо для підтримки необхідних режимів роботи радіостанції:
режим "включено";
режим "вимкнено";
черговий режим, коли передавач включений і готовий до негайної трансляції
передачі в ефір, але випромінювання несучої заблоковано.
Таким чином, налаштувавши програму управління, можна запрограмувати розклад
роботи радіостанції на тривалий період часу, аж до року.
При цьому оператор завжди може втрутитися в роботу програми і оперативно внести
зміни, а також проводити перемикання в ручному режимі. Структурна схема
всієї системи наведена на рис. 6.
Структурна схема розміщення обладнання системи ДУ
радіостанцією.
Рис 6.
4. ЕЛЕКТРИЧНИЙ РОЗРАХУНОК джерел електроживлення.
4.1. Вихідні дані:
1. Напруга живильної мережі U1 = 220 В; 2. Частота струму в мережі fc = 50 Гц; 3.
Величини відносних відхилень напруги мережі амін = 0,005 В, амакс = 0,005 В;
4. Номінальне значення вихідної напруги стабілізатора Uвых = 12 В; 5. Межі
регулювання вихідної напруги стабілізатора Uвих.мін = 11,94 В, Uвих.макс = 12,06
В; 6. Максимальний і мінімальнийтокі навантаження стабілізатора Iн.мін = 0,95 А,
Iн.макс = 1,05 А; 7. Коефіцієнт стабілізації з вхідного напрузі КСТ = 500; 8.
Внутрішній опір стабілізатора ri
вихідної напруги стабілізатора Uвихm1 = 1МВ; 10. Межі зміни температури
навколишнього середовища Qокр.мін = +400 С, Qокр.макс = 0 0С; 11. Температурний коефіцієнт
стабілізатора напруги? = + -5мВ/0С.
4.2. Розрахунок силової частини стабілізатора.
Вибираємо схему стабілізатора з операційним підсилювачем, як схеми
порівняння.
4.2.1. Задана величина струму, споживаного схемою стабілізатора
Iвн = 0,02 А, і визначаємо максимальний струм через регулюючий транзистор Iк4макс,
А:
Iк4макс = Iн.макс + Iвн, (1)
Iк4макс = 0,02 +1,05 = 1,07 А;
4.2.2. Знайдемо мінімальну напругу на вході стабілізатора U01мін, В
U01мін = Uвих.макс + Uке4мін + U01м1, (2)
де Uвих.макс-найбільша вихідна напруга стабілізатора;
U01м1-амплітуда пульсацій на вході стабілізатора
U01м1 = (0,05-0,1) * (Uвих.макс + Uке4мін), (3)
де Uке4мін = (1,5-2) У, для кремнієвих транзисторів U01м1 = 0,1 * (12,06 +2) = 1.406 В
U01мін = 12,06 +2 +1,406 = 15,466 В
Визначимо номінальне і максимальна напруга на вході стабілізатора: U01,
U01макс, В
U01 = U01мін/(1-амін) (4)
U01 = 15,466/(1-0,005) = 15,54 В
U01макс = U01 * (1 + амакс) (5)
U01макс = 15,54 * (1 +0,005) = 15,61 В
Визначаємо орієнтовну величину внутрішнього опору випрямляча r0,
Ом:
r0 = (0,05-0,15) * U01/Iнмакс, (6)
r0 = (0,05-0,15) * 15,54/1,05 = 1,48 Ом
Визначимо максимальну напругу на вході стабілізатора при мінімальному струмі в
навантаженні U01макс.макс, В
U01макс.макс = U01макс + (Iнмакс-Iнмін) * r0 (7)
U01макс.макс = 15,61 + (1,05-0.95) 1,48 = 15,758 В
Визначимо максимальна напруга на переході К-Е VT4, В:
Uке4макс = U01макс.макс + Uвих.мін (8)
Uке4макс = 15,758-11,94 = 3,81 В
Знайдемо величину максимальної потужності, що розсіюється на регулюючому транзисторі
VT4, РК4, Вт:
РК4 = (U01макс-Uвих.мін) * Iк4макс (9)
РК4 = (15,61-11,94) * 1,07 = 3,92 Вт
За величинам Uке4макс = 3,81 В, Iк4макс = 1,07 А і РК4 = 3,92 Вт вибираємо тип
регулюючого транзистора:
Вибираємо транзистор КТ-801А.
Довідкові дані транзистора КТ-801А.
Таблиця 1
Uке4макс, ВIк4макс, АРк4, ВтQпер.макс, 0СRт, 0С/Вт
802515020
4.2.3. Визначимо величину граничної потужності, яку може розвіяти
вибраний транзистор без радіатора Рк4макс, Вт:
Рк4макс = (Qпер.макс-Qокр.макс)/Rт, (10)
де Qпер.макс-максимальна температура колекторного переходу, Вт;
Qокр.макс-максимальна температура навколишнього середовища, 0С;
Rт-тепловий опір транзистора, 0С/Вт
Рк4макс = (150-40)/85 = 5,5 Вт
Оскільки РК4 = 3Tср/R7 (21)
де Tср-стала часу С5R7, мкC
Tср = 1/2 * П * 2 * fc (22)
Tср = 1/2 * 3,14 * 100 = 1,6 мкс
С5> = 4,8 * 10-3/1500 = 3,2 мкФ
Як С5 вибираємо конденсатор К50-6 3,3 мкФ.
4.2.13. Розрахунок схеми порівняння і підсилювача постійного струму. Визначимо
величину опорної напруги Uоп, В:
Uоп
Uоп
Вибираємо Uоп = 8,9 В, в якості джерела опорної напруги вибираємо
стабілітрон Д818Б:
Довідкові дані стабілітрона Д818Б
Таблиця 3
UСТ.макс, ВUСТ.мін, ВIст.мін, мАIст.макс, мАrст, Омаст,%/0С
96,7533325-0,02
4.2.14. Розрахуємо напруга на виході операційного підсилювача Uвих.оу,
В
Uвих.оу = Uвых. - Uоп (24)
Uвих.оу = 12-8,9 = 3,1 В
4.2.15. Знаючи струм бази складеного транзистора Iб3 = 1мА визначимо струм на
вихід ОУ I оу, він повинен бути в (2,5-4) рази більше Iб3:
I оу = 3 мА
4.2.16. Розрахуємо величину захисного резистора R8, Ом:
R8 = Uвих.оу/I оу (25)
R8 = 3,1/3 * 10-3 = 1033 Ом
Приймаються R8 = 1кОм
4.2.17. Знайдемо потужність розсіювану на резистори РR8, мВт:
РR8 = Uвих.оу * I оу (26)
РR8 = 3,1 * 3 * 10-3 = 9,3 мВт
Як R8 вибираємо ОМЛТ-0 ,125-1кОм.
4.2.18. Розрахуємо величину резистора R9, Ом:
R9 = (Uвих. мін.-Uст.макс)/Iст.мін, (27)
де Uст.макс, Iст.мін-довідкові дані стабілітрона див. таблицю 3
R9 = (11,94-9) **/3 * 10-3 = 980 Ом
Приймаються R9 = 1ком
4.2.19. Знайдемо потужність розсіювану на резистори РR9, мВт:
РR9 = (Uвих. макс.-Uст.мін) 2/R9 (28)
РR9 = (12,06-6,75) 2/1000 = 28 мВт
Як R9 вибираємо ОМЛТ-0 ,125-1кОм.
4.2.20. Визначимо максимальний струм через стабілітрон і переконаємося, що його
величина не перевищує гранично допустимого значення Iст10.макс, мА:
Iст10.макс = (Uвих. макс.-Uст.мін)/R9 (29)
Iст10.макс = (12,06-6,75)/1000 = 5,3 мА
Iст210макс = 5,3 мА
4.2.21. Задамося струмом дільника Iдел = 0,5 мА
4.2.22. Визначимо мінімальний і максимальний коефіцієнт передачі
подільника? мін і? макс:
бмін = Uст.мін/Uвых. макс (30)
бмін = 6,75/12,06 = 0,56
бмакс = Uст.макс/Uвых. хв (31)
бмакс = 9/11, 94 = 0,75
4.2.23. Визначимо сумарний опір дільника Rдел, Ом:
Rдел = Uвых. хв/Iдел (32)
Rдел = 11,94/0,5 * 10-3 = 23880 Ом
4.2.24. Розрахуємо величину резистора R12, Ом:
R12
R12
Приймаються R12 = 13кОМ
4.2.25. Знайдемо потужність розсіювану на резистори РR12, мВт:
РR12 = R12 * I дел2 (34)
РR12 = 13000 * (0,5 * 10-3) 2 = 32 мВт
Як R12 вибираємо ОМЛТ-0 ,125-13кОм.
4.2.26. Розрахуємо величину резистора R10, Ом:
R10
R10
Приймаються R10 = 5600 Ом
4.2.27. Знайдемо потужність розсіювану на резистори РR10, мВт:
РR10 = R10 * I дел2 (36)
РR10 = 5600 * (0,5 * 10-3) 2 = 14,2 мВт
Як R10 вибираємо ОМЛТ-0 ,125-5, 6 кОм.
4.2.28. Розрахуємо величину змінного резистора R11, Ом:
R11 = Rдел-R10-R12 (37)
R11 = 23880-5600-13000 = 5280 Ом
4.2.29. Знайдемо потужність, розсіювану на змінному резистори РR11, мВт:
РR11 = R11 * I дел2 (38)
РR11 = 5180 * (0,5 * 10-3) 2 = 2,6 мВт
Як R11 вибираємо СП5-15-6, 8 кОм
4.2.30. Розрахунок термокомпенсації. Визначимо номінальне значення
температурного коефіцієнта стабілітрона? Ст2, мВ/0С:
Хст2 = 10 * аст2 * Uст2, (39)
де аст2-довідковий параметр стабілітрона;
Uст2 = (Uст.макс + Uст.мін)/2; (40)
Uст2 = (9 +6,75)/2 = 7,87 В;
Хст2 = 10 * (-0,02) * 7,87 =- 1,57 мВ/0С
4.2.31. Знайдемо максимальний температурний коефіцієнт стабілізатора при
відсутності термокомпенсірующіх діодів? макс:
Хмакс = (Uвых * (Хст2 + Хо.у.. Макс))/Uст2, (41)
де-? о.у.. макс-максимальний температурний коефіцієнт операційного підсилювача
мкВ/0С (довідкові дані);
Хмакс = (12 * (-1,57 +50 * 10-3))/7,87 = 2,39 мВ/0С
Отримане значення температурного коефіцієнта менше заданого, тому немає
необхідності здійснювати термокомпенсації.
4.2.32. Розрахуємо основні параметри стабілізатора. Визначимо
коефіцієнт стабілізації КСТ:
, (42)
де Кр-коефіцієнт посилення складеного регулюючого транзистора по напрузі:
(43)
де К4, К3-коефіцієнти підсилення по напрузі транзисторів VT3, VT4, визначаємо
з таблиці 4.5 (2.с.135). К4 = 500, К3 = 800
Коу-коефіцієнт підсилення операційного підсилювача по постійному струму Коу = 15;
б-? оеффіціент передачі подільника
б = (бмін + бмакс)/2 (44)
б = (0,56 +0,57)/2 = 0,56
Ь-? Оеффіціент, що враховує вплив вхідного опір підсилювача на
коефіцієнт передачі подільника? = 0,005;
nпосл-число регулюючих транзисторів включених послідовно nпосл = 2;
rоу-вихідний опір операційного підсилювача (довідковий параметр)
rоу = 150 Ом;
Rоу-вхідний опір операційного підсилювача, Ом
4.2.33. Визначимо амплітуду пульсації вихідної напруги стабілізатора
Uвихm, мВ:
Uвихm = U01m1 * Uвых/КСТ * U01, (45)
Uвихm = 1,4 * 12/711 * 15,54 = 1,5 мВ
4.2.34. Визначимо внутрішньо опір стабілізатора ri, Ом:
ri =- 1/S4 * Коу * Ь * б * nпар, (46)
де S4 крутизна регулюючого транзистора VT4 див. таблиця 4.2 (2.с.130)
ri =- 1/0, 7 * 307 * 0,56 * 0,05 * 1 = 0,166 Ом
4.2.35. Визначимо номінальне і мінімальне значення ККД стабілізатора
ђмин, ђмакс:
ђмин = Uвих.мін/U01макс (47)
ђмин = 11,94/15,61 = 0,76
ђмакс = Uвих/U01 (48)
ђмакс = 12/15, 45 = 0,77
4.2.36. Визначимо величину ємності С6, мкФ:
С6 = 0,23 * h21е4/ri * 2 * П * f21б (49)
С6 = 0,23 * 50/0,166 * 6,28 * 10000 = 1100 мкФ
Вибираємо конденсатор К50-6 2000 мкФ.
4.3. Розрахунок випрямляча і трансформатора.
4.3.1. Знаючи вхідні напруги стабілізатора, максимальний і мінімальні
струми, що споживаються, стабілізатором і пульсації на вході стабілізатора виробляємо
розрахунок випрямляча:
4.3.2. Вибираємо однофазну бруківку схему випрямлення, в ній число фаз
вторинних обмоток 2, m = 2
4.3.3. З таблиці 4 вибираємо орієнтовні значення коефіцієнтів BL і
DL-функції кутів відсічення Q і?:
Орієнтовні значення коефіцієнтів BL та DL
Таблиця 4
mBLDL
m = 10,95-1,12,05-2,1
m = 20,95-1,12,1-2,2
m = 30,81-0,852,2-2,36
m = 60,78 - ,0,812,36-2, 7
Вибираємо: BL = 1, DL = 2,1
Визначимо максимальну випрямлена напруга U0макс, В:
U0макс = U01 * (1 + амакс), (50)
де U0-номінальне випрямлена напруга, В
U0макс = 15,45 * (1 +0,005) = 15,52 В
Орієнтовно визначаємо параметри вентилів, см. (2.с.61)
Зворотне напруга, В
Uобр = 1,41 * BL * U0макс (51)
Uобр = 1,41 * 1 * 15,52 = 21,88 В
Середній випрямленний ток Іпр. Ср, А
Іпр. СР = 0,5 * I0 (52)
Іпр. СР = 0,5 * 1,05 = 0,525 А
Випрямленний ток Іпр, А
Іпр .= 0,5 * DL * I0 (53)
Іпр .= 0,5 * 2,1 * 1,05 = 1,1 А
Габаритну потужність трансформатора Sтр, В * А
Sтр = 0,707 * DL * BL * Р0, (54)
де Р0 = I0 * U01 = 1,05 * 15,45 = 16,22 Вт
Sтр = 0,707 * 2,1 * 1 * 16,22 = 24 В * А
За обчислені значення Uобр, Iпр.ср вибираємо діоди Д229Л
Довідкові дані діодів Д229Л
Таблиця 5
Іпр. Ср макс, АUобр макс, ВUпр. Ср, ВIобр, мА
0,740010,2
Визначимо опору вентиля в прямому напрямку rпр, Ом:
rпр = Uпр. СР/Iпр.ср (55)
rпр = 1/0, 525 = 1,9 Ом
Визначаємо активний опір трансформатора rтр, Ом:
(56)
де J-щільність струму в обмотках трансформатора, А/мм2;
B-амплітуда магнітної індукції, Т-визначаються за величиною габаритної потужності
з графіків (див. 2.с.15)
B = 1,15 Т; j = 3,8, А/мм2
Визначимо індуктивність розсіювання обмоток трансформатора Ls, Г:
(57)
Визначимо індуктивний опір фази Хтр, Ом:
Хтр = 2 * П * fc * Ls (58)
Хтр = 2 * 3,14 * 50 * 0,47 * 10-3 = 0,15 Ом
Визначаємо опір фази r, Ом:
r = rтр 2 * rпр (59)
r = 1,9 +2 * 3,3 = 10,4 Ом
Визначаємо AL і?, Де AL-розрахунковий параметр, що залежить від кута відсічення і кута
? - Запізнювання фази напруги у вторинній обмотці щодо первинної:
З малюнків 2.18-2.20 (див. 2 с.60) визначимо BL, DL, FL:
BL = 1,33, DL = 1,9, FL = 4,6.
Визначаємо параметри трансформатора і вентилів, згідно даних таблиці 2.3 (див.
2.с.61)
Напруга вторинної обмотки трансформатора, В
Е2 = U2 = BL * U0 (62)
Е2 = U2 = 1,33 * 15,45 = 20,54 В
Ток у вторинній обмотці трансформатора, А
I2 = 0,707 * DL * I0 (63)
I2 = 0,707 * 1,9 * 1,05 = 1,41 А
Ток в первинній обмотці трансформатора, А
I1 = 0,707 * DL * I0 * U2/U1 (64)
I1 = 0,707 * 1,9 * 1,05 * 20,54/220 = 0
