Одеса-2011р

Керівник Мазур О.В.

Залікова книжка № 090215

Виконав Гурський В.В.

Група А-22

Курсовий проект

ОНАХТ

Кафедра АВП

Предмет: ЕіМСТ

По темі: “Широтно-імпульсний модулятор з постійним періодом із джерелом живлення від мережі перемінного струму”

Факультет АКСіУП

Зміст

Вступ

1. Розробка структурної схеми пристрою

2. Розробка принципової електричної схеми пристрою

2.1. Розрахунок схеми генератора

2.2. Розрахунок компаратора

2.3. Розрахунок гальванічної розв'язки

2.4. Розрахунок блоку живлення

3. Конструкторське пророблення схеми

4. Специфікація

5. Список літератури

Вступ

Перетворення сигналу, що полягає в зміні якого-небудь його інформативного параметра відповідно до переданого повідомлення називається модуляцією. Так, наприклад, у радіотехніці в якості перенесення інформації звичайно використовують гармонійні коливання, що характеризуються трьома параметрами – амплітудою, частотою і фазою. Впливаючи на один з цих параметрів, одержують амплітудну (АМ), частотну (ЧМ) чи фазову (ФМ) модуляції сигналу. При сигналі з носієм у виді послідовності імпульсів можуть модулюватися амплітуда, частота проходження або ширина імпульсів, порядок чергування імпульсів і поділяючих їхніх пауз і т.п. Звідси і більша розмаїтність можливих видів модуляції – амплітудно-імпульсна (АИМ), частотно-імпульсна (ЧИМ), широтно-імпульсна (ШИМ), кодоімпульсна (КІМ) модуляції й ін.

Широтно-імпульсний модулятор – це пристрій, призначений для перетворення лінійного сигналу в імпульсний із заданою шпаруватістю. Прилади такого типу можуть будуватися як на основі перетворювачів напруги-частоти, так і на окремих елементах з використанням операційних підсилювачів, суматора і блоків стабілізації вихідної напруги.

Сфера застосування таких пристроїв дуже широка. Вони можуть використовуватися в системах автоматичного керування: для перетворення сигналу вихідного з регулятора, також у джерелах живлення для стабілізації напруги при коливаннях напруг у мережі й у багатьох інших випадках.

1.Розробка структурної схеми пристрою.

Відомо кілька варіантів побудови широтно-імпульсних модуляторів. Розглянемо деякі з них, які можна використовувати при розробці заданого пристрою. В якості широтно-імпульсного модулятор можна використовувати претворювач напруги – частоти, перетворювач, побудований на основі одновібратора. Їхні структурні схеми мають наступний вигляд:

Ці схеми є найбільш простими і легко реалізуємі з допомогою інтегральних операційних підсилювачів, діапазон вхідних, вихідних сигналів і часових параметрів цілком реалізуємі для заданого приладу. Тому виберемо для реалізації плилад по структурній схемі Мал1. а).

Розглянемо більш докладно структурну схему, приведену на мал1.а). Генератор, Сигнали якого подаються на компоратор, може мати форму вихідних сигналів трикутну, пилообразну, єкспоненційну і т. д. Таким чином, форма вихідної напруги генератора буде визначати закон модуляції при лінійному змінені вхідного сигналу. Розглянемо часові діаграми при пилообразному і трикутному вихідному сигналі генератора, поступаючих на компаратор і сигнал на його виході.

Мал 2.

Мал 3.

U_max - максимальна вихідна напруга гунератора.

U_вх - вхідна напруга управляюча.

Т_пер - тривалість періода модуляції.

t₁ - тривалість модулюючого імпульсу.

Відомо що скважність S=T_пер/t₁;

2. Розробка принципової електричної схеми пристрою.

2.1. Розрахунок схеми генератора.

Відомо, що при інтегруванні постійної напруги за допомогою інтегратора, на його виході одержуємо лінійно наростаючу напругу. Змінюючи періодично полярність вхідної напруги на виході інтегратора можна повчити трикутні імпульси. Цей підхід реалізований у приведеній нижче схемі, (мал.4):

Мал. 4 Генератор імпульсів трикутної форми

Підсилювач DА2 являє собою, інтегратор, неінвертуючий вхід якого підключений к дільнику. Дільник установлює зсув вихідного сигналу. Елементи інтегратора R4 і С1 забезпечують необхідні тимчасові співвідношення. За рахунок зміни R4 змінюється частота роботи схеми. Струм що протікає: через R4, буде постійним. Постійний струм заряду С1 визначає лінійність форми вихідного сигналу. Вихід підсилювача DА2 через резистор R2 подається назад на неінвертуючий вхід підсилювача DА1, що представляє собою тригер Шмидта, R2 встановлює коефіцієнт зворотного зв'язку контуру і задає амплітуду сигналу.

Визначимо параметри необхідні для розрахунку:

T_пер = 11мс; S_вых= 1,5 – 5,7

де, Т_пер - час одного періоду в мілісекундах;

S_вых – шпаруватість (відношення часу одного періоду до часу одного імпульсу).

По цим даним визначимо необхідну амплітуду U_вых. Визначимо значення часу одного імпульсу для мінімальної шпаруватості і час для максимальної шпаруватості.

Побудуємо графічно з заданими параметрами часу для мінімальної і максимальної шпаруватості імпульси і визначимо амплітуду (максимальне і мінімальне значення) трикутної напруги.

Мал. 5. Графічне зображення трикутного імпульсу.

Виберемо для схеми генератора ОП типу К14ОУД20 з U_вых=±12 В, U_п= ±(5-20)В, I_п=3мА. Даний тип ОП має балансування. Балансування являє собою подстроювальний резистор номіналом 4,7 кОм.

Резистори R1 і R2 розраховують із залежності:

, де

Приймаємо R1=4 кОм, R2=10 кОм. Резистор R2 розділю на два, один із яких буде перемінним для точного підстроювання амплітуди вихідного сигналу. R2= R2'(20%)+R2''(90%)=2,2 кОм + 9,09 кОм. Тип резистора R1, R2'' – С2-29В-0,125В ±1%, R2' – СП5-2.

Для схеми виберемо стабілітрон VD1 типу 2С212В с Uст=±12 В, при Іст= 5 мА;

Струмообмежуючий резистор R3 вибираємо виходячи з потрібного струму через стабілітрон VD1 і припустимого струму ОП DA1, тобто одержуємо наступну залежність:

Приймаємо R3=430кОм типу С2-29В-0,125 ±1%.

Резистор R4 і конденсатор C1 вибираємо виходячи з наступної залежності:

, де

Приймаємо конденсатор C1=0,01 мкф типу К73-15 і резистор R4=344 кОм типу С2-29В-0,125 ±1%.

Мал.4.

На виході з генератора необхідно буде здвинути трикутний сигнал, для цього скористаємося резистивним дільником, представленим на мал.4, з подстроювальним резистором R6 для можливості регулювання. Виберемо струм дільника Iд = 3 мА. Розрахуємо подстроювальний резистор R6=UR5/Iд=1,65/3=550 Ом, визначимо R5 по наступній формулі . Приймемо R5=4,48 кОм по стандартному ряду і вибираю тип С2-29В-0,125 ±1%, R6=6,8 кОм типу СП5-2.

2.2. Розрахунок компаратора.

Схема пристрою порівняння має вид:

Мал.6.

У якості ОП DA3 візьмемо ОП типу К140УД6.

На вхід, неінвертуючого ОП надходить вхідна напруга, а вихід генератора трикутних імпульсів до інвертуючого входу ОП. Резистори вибираю R7=R8=10 кОм, для усунення струму зсуву. Виберемо R7=R8=10 кОм, тип: С2-29В-0125 ±1% з номінальною потужністю 1Вт, з межею номінального опору від 3,3 Ом до 44 кОм.

2.3. Розрахунок гальванічної розв'язки.

Вихідний сигнал компаратора необхідно гальвонічно розділити. Для цього скористаємся оптопарой типу АОТ123А.

Розрахую номінали резисторів: R9 = U/I = 9,65/10*10^-3 = 965 Ом. R11 приймаю рівним 50 кОм. Стабілітрон вибираю КС147А с U_ст=4,7В и I_ст=10 мА виходячи з цього розраховую R10= кОм. Тип резисторів – С2-29В-0125 ±1%.

2.4 Розрахунок джерела вторинного живлення

Для забезпечення роботи схеми від мережі перемінного струму необхідне джерело вторинного струму зі стабілізатором напруги і випрямлячем.

Структурна схема джерела живлення має вид:

Uc Uстаб.

Рис.3.1. Структурна схема стабілізованого джерела постійної напруги.

Для живлення і роботи пристрою необхідно стабілізоване джерело напруги на 15 вольт.

2.4.1. Розрахунок стабілізованого джерела на 15 вольт

Мал. 7. Електрична принципова схема стабілізованого джерела живлення на 15 В.

Визначимо струм споживаний пристроєм від стабілізатора. Запропонована схема містить 12 КМОП мікросхем сумарний струм споживання яких не перевищує 1 мА. Використовувані мікросхеми ДО490ИП1, з убудованими 7 – мі сегментними індикаторами споживають струм не більш 2 мА, без індикації. При роботі вбудованих індикаторів, струм споживаний на індикацію складає не більш 35 мА. Споживання струму на те щоб засвітилися світлодіоди, оптопари й індикації, складає 10 мА.

Струм який споживається мікросхемою стабілізатором складає приблизно 15 мА. Просумуємо усі ці струми й одержимо зразковий струм споживання схемою.

.

При Ом.

Вибираємо промисловий трансформатор типу ТА56-127/220-50 (броньовий)

з параметрами:

номінальна потужність 40 ВА.

струм первинної обмотки 0,40/0,22 А.

струм вторинної обмотки 11-12, 13-14 – 0,2 А.

15-16, 17-18, – 0,43 А.

напруга вторинної обмотки

висновки 11-12 28 В.

висновки 13-14 28 В.

висновки 15-16 28 В.

висновки 17-18 28 В.

В якості випрямляча використовуємо мостову схему, тому що вона має в два рази більше середнє значення випрямлення струму і напруги, і значно менший коефіцієнт пульсації, чим однонапівперіодні. Зробимо розрахунок параметрів діодів моста. Визначимо середнє випрямляюче значення напруги, з урахуванням підвищення напруги мережі на 10%.

У

де - , напруга на вторинній обмотці трансформатора.

Визначимо середнє випрямляюче значення напруги, з урахуванням зниження напруги мережі на 20%.

В.

Визначимо максимальну зворотню напругу на діодах моста.

В.

Визначимо прямий середній струм, що протікає через діоди.

А.

Визначимо прямий максимальний струм, що протікає через діоди.

А.

По розрахованим вище параметрах, з довідкової літератури вибираю випрямну діодну зборку типу КЦ412А, її технічні характеристики наступні.

- I_пр.ср. – 1 А;

- I_пр.и. – 15 А;

- U_обр.и. – 50 В;

- U_пр. – 2,5 В.

Вибравши тип діодів знайдемо їхній прямий опір r_пр= U_пр./ I_пр.ср.=2,5/1=2,5 Ом.

Визначимо параметр А по формулі:

де - , вихідний опір обмотки трансформатора, 35 Ом.

За графіком на мал.9.4[2] визначимо параметр H. H=700. Задамося коефіцієнтом пульсацій на виході випрямляча k_п=0,1, і визначимо ємність конденсатора фільтра. мкФ.

З довідкової літератури як конденсатори фільтра використовуємо електролітичні конденсатори типу ДО50-6, 300 мкф, 50 В.

Як інтегральний стабілізатор напруги застосуємо мікросхему КР142ЕН8В. Його технічні характеристики наступні:

- U_вх, У – 17,5...35…35;

- U_вых, У – 14,55...15…15,45;

- K_U,%/В – 0,05;

- K_I, %/А – 1;

- I_{вых. max}, - 1,5 А.

- , %/З° – 0,03.

З технічних характеристик інтегрального стабілізатора видно, що він забезпечить необхідний рівень стабілізації вихідної напруги, при коливаннях напруги мережі в діапазоні +10...-20%, що задовольняє завданню.

3. Конструкторське пророблення пристрою.

Розроблений пристрій виконаний у виді єдиного блоку на одній монтажній платі способом друкованого монтажу. Перемінні резистори установимо по краях плати для забезпечення можливого регулювання. Розташуємо елементи блоку живлення поруч із трансформатором, інші елементи на вільній частині друкованої плати. Підключення пристрою до мережі і подачу вхідного сигналу виконаємо через розєм встановлений на одному з торців друкованої плати. Для зборки розробленого пристрою підбираються всі необхідні елементи, що розміщаються на друкованій платі (з'єднання елементів виконувати способом друкованого монтажу) виконаної з текстоліту.

Специфікація елементів

Позначення	Тип	Кількість	Примітки
Резистори   Резистори
R1, R2''	С2-23-2Вт±5%		20 к0м
R2'	СП5-2		4 к0м
RЗ	С2-29В-0.5Вт±5%		576 к0м
R4	С2-23-2Вт±5%		270 к0м 100* .
R5	С2-23-2Вт±5%		91 к0м
R6	С2-23-2Вт±5%		24к0м
R7,R8,R9	С2-23-2Вт±5%		10 к0м
R10	С2-29В-0,25В±5%		1,5кОм
R11	С2-23-0,25Вт±5%		100 кОм
R12	С2-23-0,5Вт±5%		1,9кОм
R13	С2-23-0,5Вт+-5%		520Ом
	Конденсатори
С1	К10-17		0,01 мкФ
С2,С3,	К50-29-63В		220 мкФ
С6	К50-15-25В		680мкФ
	Стабілітрони
VD1	2С210А		Ucт=10B, Iст=5mA
VD2, VD3	КЦ405Е		Діодний міст
VD4	КС147		Ucт=5B, Iст=10mA
	Мікросхеми
DА1...DА2	К14ОУД20
DА3, DА4   DА4 DА4 DА4	К140УД6
DА5	142ЕН6
	Інші деталі
Трансформатор	ТПП 224-127/220-50
Роз’єми	ОНп-СС-73-2/10*7,5-В53
Оптопара	АОТ128

Список літератури.

1. Джерела електроживлення радіоелектронної апаратури: Довідник, /Під редакц. Г. С. Найвельта. -М.: Радіо і зв'язок, 1986, - 576с.

2. Довідкова книга радіоаматора – конструктора/ А.А. Бокуняев; Н.М. Борисов; Р.Г. Варламов і ін. Під ред. Н.И. Чистякова. – М.: Радіо і зв'язок 1990. – 624 с.

3. Щербаков В. И. Грездов Г. И. Електронні схеми на операційних підсилювачах: Довідник. –ДО.: Техніка, 1983. – 213 с.

Дата добавления: 2015-08-31