Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерами IBM PC

Таким образом, настроив программу  управления, можно запрограммировать  расписание

работы радиостанции на длительный период времени, вплоть до года.

При этом оператор всегда может  вмешаться в работу программы  и оперативно внести

изменения, а также производить  переключения в ручном режиме. Структурная  схема 

всей системы приведена  на рис. 6.

Структурная схема размещения оборудования системы ДУ

радиостанцией.

Рис 6.

4. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ  ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ.

4.1.        Исходные данные:

1. Напряжение питающей  сети U1=220 В; 2. Частота тока в сети fc=50 Гц; 3.

Величины относительных  отклонений напряжения сети амин=0,005 В, амакс=0,005 В;

4. Номинальное значение  выходного напряжения стабилизатора  Uвых=12 В; 5. Пределы 

регулировки выходного напряжения стабилизатора Uвых.мин=11,94 В, Uвых.макс=12,06

В; 6. Максимальный и минимальныйтоки  нагрузки стабилизатора Iн.мин=0,95 А,

Iн.макс=1,05 А; 7. Коэффициент  стабилизации по входному напряжению  Кст=500; 8.

Внутреннее сопротивление  стабилизатора ri<=0,01 Ом; 9. Амплитуда  пульсации 

выходного напряжения стабилизатора Uвыхm1=1мВ; 10. Пределы изменения температуры 

окружающей среды Qокр.мин=+400С, Qокр.макс=0 0С; 11. Температурный коэффициент 

стабилизатора напряжения ?=+-5мВ/0С.

4.2.        Расчет силовой части стабилизатора.

Выбираем схему стабилизатора  с операционным усилителем, в качестве схемы 

сравнения.

4.2.1.        Задаемся величиной тока, потребляемого схемой стабилизатора

Iвн=0,02 А, и определяем  максимальный ток через регулирующий  транзистор Iк4макс,

А:

Iк4макс=Iн.макс+Iвн,         (1)

Iк4макс=0,02+1,05=1,07 А;

4.2.2.        Найдем минимальное напряжение на входе стабилизатора U01мин, В

U01мин=Uвых.макс+Uкэ4мин+U01м1,         (2)

где Uвых.макс- наибольшее выходное напряжение стабилизатора;

U01м1-амплитуда пульсаций  на входе стабилизатора

U01м1=(0,05-0,1)*(Uвых.макс+Uкэ4мин),        (3)

где Uкэ4мин=(1,5-2)В, для кремниевых транзисторов U01м1=0,1*(12,06+2)=1.406 В

U01мин=12,06+2+1,406=15,466 В

Определим номинальное и  максимальное напряжение на входе стабилизатора: U01,

U01макс , В

U01=U01мин/(1-амин)        (4)

U01=15,466/(1-0,005)=15,54 В

U01макс=U01*(1+амакс)        (5)

U01макс=15,54*(1+0,005)=15,61 В

Определяем ориентировочную  величину внутреннего сопротивления  выпрямителя r0,

Ом:

r0=(0,05-0,15)*U01/Iнмакс,        (6)

r0=(0,05-0,15)*15,54/1,05=1,48 Ом

Определим максимальное напряжении на входе стабилизатора при минимальном  токе в 

нагрузке U01макс.макс, В

U01макс.макс=U01макс+(Iнмакс-Iнмин)*r0        (7)

U01макс.макс=15,61+(1,05-0.95)1,48=15,758 В

Определим максимальное напряжение на переходе К-Э VT4,В:

Uкэ4макс=U01макс.макс+Uвых.мин         (8)

Uкэ4макс=15,758-11,94=3,81 В

Найдем величину максимальной мощности, рассеиваемой на регулирующем транзисторе 

VT4, Рк4,Вт:

Рк4=(U01макс-Uвых.мин)*Iк4макс        (9)

Рк4=(15,61-11,94)*1,07=3,92 Вт

По величинам Uкэ4макс=3,81 В, Iк4макс=1,07 А и Рк4=3,92 Вт выбираем тип 

регулирующего транзистора:

Выбираем транзистор КТ-801А.

Справочные данные транзистора  КТ-801А.

Таблица 1              

Uкэ4макс, ВIк4макс, АРк4, ВтQпер.макс,0СRт,0С/Вт      

802515020

4.2.3.        Определим величину предельной мощности, которую может рассеять

выбранный транзистор без  радиатора Рк4макс, Вт:

Рк4макс=(Qпер.макс-Qокр.макс)/Rт,        (10)

где Qпер.макс- максимальная температура коллекторного перехода, Вт;

Qокр.макс- максимальная температура  окружающей среды, 0С;

Rт- тепловое сопротивление  транзистора, 0С/Вт

Рк4макс=(150-40)/85=5,5 Вт

Поскольку Рк4<Рк4макс (5<5,5-верно), то радиатор не нужен.

4.2.4.        Определим максимальный и минимальный токи базы VT4 Iб4мин,

Iб4макс, мА

Iб4мин=Iнмин/h21э4макс,        (11)

где h21э4макс, h21э4мин- справочные данные транзистора

Iб4мин=0,95/50=19 мА

Iб4макс=Iнмакс/h21э4мин        (12)

Iб4макс=1,05/13=80 мА

4.2.5.        Найдем величину максимального тока эмиттера транзистора VT3

Iэ3макс, мА:

Iэ3макс=Iб4макс        (13)

Iэ3макс=80 мА

Iэ3макс=Iк3макс

Uкэ3макс=Uкэ4макс        (14)

Uкэ3макс=3,81 В

4.2.6.        Найдем величину максимальной мощности, рассеиваемой на транзисторе

VT3, Рк3,Вт:

Рк3=Iк3макс*Uкэ3макс        (15)

Рк3=0,08*3,81= 0,305 Вт

4.2.7.        По величинам Uкэ3макс=3,81 В, Iк3макс=0,08 А и Рк3=0,305 Вт

выбираем тип транзистора VT3:

Выбираем транзистор КТ-603Е

Справочные данные транзистора  КТ-603Е.

Таблица 2              

Uкэ3макс, ВIк3max, АРк3, ВтQпер.макс,0СRт,0С/Вт      

100,30,5120200

4.2.8.        Определим величину предельной мощности, которую может рассеять

выбранный транзистор без  радиатора Рк3макс, Вт:

Рк3макс=(Qпер.макс-Qокр.макс)/Rт,        (16)

Рк3макс=(120-40)/200=0,4 Вт

Поскольку Рк3 < Рк3макс (0,305<0,4- верно), то радиатор не нужен.

4.2.9.        Определим максимальный и минимальный токи базы транзистора VT3

Iб3мин, Iб3макс, мА

Iб3мин=Iнмин/h21э4макс*h21э3макс        (17)

где h21э4макс, h21э3макс- справочные данные транзистора

Iб3мин=0,95/50*200=0,095 мА

Iб3макс=Iк3макс/h21э3мин        (18)

Iб3макс=0,08/60=1,3мА

Так как ток базы транзистора VT3 меньше выходного тока операционного  усилителя,

то число транзисторов входящих в состав составного транзистора  равно 2.

4.2.10.        Рассчитаем резистор R7, Ом

R7=(U01мин-Uвых)*h21э3мин/Iн        (19)

R7=(15,46-12)*100/1=1500 Ом

4.2.11.        Найдем мощность, рассеиваемую на резисторе РR7, мВт:

РR7= U201макс/4*R7        (20)

РR7=15,542/4*1500=40 мВт

В качестве R7 выбираем ОМЛТ-0,125-1,5 кОм.

4.2.12.        Рассчитаем антипаразитный конденсатор С5, мкФ:

С5>=3Tср/R7        (21)

где Tср- постоянная времени  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

В качестве С5 выбираем конденсатор  К50-6 3,3 мкФ.

4.2.13.        Расчет схемы сравнения и усилителя постоянного тока. Определим

величину опорного напряжения Uоп, В:

Uоп<=Uвых.мин – (2-3)В        (23)

Uоп<=11,94-3=8,94 В

Выбираем Uоп=8,9 В, в качестве источника опорного напряжения выбираем

стабилитрон Д818Б:

Справочные данные стабилитрона Д818Б

Таблица 3               

UСТ.макс, ВUСТ.мин, ВIст.мин,  мАIст.макс, мАrст, Омаст,%/0С     

96,7533325-0,02

4.2.14.        Рассчитаем напряжение на выходе операционного усилителя Uвых.оу,

В

Uвых.оу=Uвых. – Uоп        (24)

Uвых.оу =12-8,9=3,1 В

4.2.15.        Зная ток базы составного транзистора Iб3=1мА определим ток на

выходе ОУ I оу, он должен быть в (2,5-4) раза больше Iб3:

I оу=3 мА

4.2.16.        Рассчитаем величину защитного резистора R8, Ом:

R8=Uвых.оу/I оу        (25)

R8=3,1/3*10-3=1033 Ом

Принимаем R8=1кОм

4.2.17.        Найдем мощность рассеиваемую на резисторе РR8, мВт:

РR8=Uвых.оу*I оу        (26)

РR8=3,1*3*10-3=9,3 мВт

В качестве R8 выбираем ОМЛТ-0,125-1кОм.

4.2.18.        Рассчитаем величину резистора R9 ,Ом:

R9=(Uвых. мин.-Uст.макс)/Iст.мин,        (27)

где Uст.макс ,Iст.мин- справочные данные стабилитрона см. таблицу 3

R9=(11,94-9)**/3*10-3=980 Ом

Принимаем R9=1кОМ

4.2.19.        Найдем мощность рассеиваемую на резисторе РR9, мВт:

РR9=(Uвых. макс.-Uст.мин)2/R9        (28)

РR9=(12,06-6,75)2/1000=28 мВт

В качестве R9 выбираем ОМЛТ-0,125-1кОм.

4.2.20.        Определим максимальный ток через стабилитрон и убедимся, что его

величина не превышает  предельно допустимого значения Iст10.макс, мА:

Iст10.макс=(Uвых. макс.-Uст.мин)/R9        (29)

Iст10.макс=(12,06-6,75)/1000=5,3 мА

Iст210макс=5,3 мА < Iст.макс=33 мА –верно 

4.2.21.        Зададимся током делителя Iдел=0,5 мА

4.2.22.        Определим минимальный и максимальный коэффициент передачи

делителя ?мин и ?макс:

бмин =Uст.мин/Uвых. макс        (30)

бмин =6,75/12,06=0,56

бмакс = Uст.макс/Uвых. мин        (31)

бмакс =9/11,94=0,75

4.2.23.        Определим суммарное сопротивление делителя Rдел, Ом:

Rдел=Uвых. мин/Iдел        (32)

Rдел=11,94/0,5*10-3=23880 Ом

4.2.24.        Рассчитаем величину резистора R12 ,Ом:

R12<= бмин *Rдел        (33)

R12<=0,56*23880=13370 Ом

Принимаем R12=13кОМ

4.2.25.        Найдем мощность рассеиваемую на резисторе РR12, мВт:

РR12= R12*I дел2        (34)

РR12=13000*(0,5*10-3)2=32 мВт

В качестве R12 выбираем ОМЛТ-0,125-13кОм.

4.2.26.        Рассчитаем величину резистора R10 ,Ом:

R10<=(1- бмакс)*Rдел        (35)

R10<=(1-0,75)*23380=5840 Ом

Принимаем R10=5600 Ом

4.2.27.        Найдем мощность рассеиваемую на резисторе РR10, мВт:

РR10=R10*I дел2        (36)

РR10=5600*(0,5*10-3)2=14,2 мВт

В качестве R10 выбираем ОМЛТ-0,125-5,6 кОм.

4.2.28.        Рассчитаем величину переменного резистора R11, Ом:

R11=Rдел-R10-R12        (37)

R11=23880-5600-13000=5280 Ом

4.2.29.        Найдем мощность, рассеиваемую на переменном резисторе РR11, мВт:

РR11=R11*I дел2        (38)

РR11=5180*(0,5*10-3)2=2,6 мВт

В качестве R11 выбираем СП5-15-6,8 кОм

4.2.30.        Расчет термокомпенсации. Определим номинальное значение

температурного коэффициента стабилитрона ?ст2, мВ/0С:

Хст2=10* аст2* Uст2,        (39)

где аст2-справочный параметр стабилитрона;

Uст2=(Uст.макс+ Uст.мин)/2;        (40)

Uст2=(9+6,75)/2=7,87 В;

Хст2=10*(-0,02)*7,87=-1,57 мВ/0С

4.2.31.        Найдем максимальный температурный коэффициент стабилизатора при

отсутствии термокомпенсирующих  диодов ?макс:

Хмакс=(Uвых*(Хст2+Хо.у..макс))/ Uст2,        (41)

где- ?о.у..макс- максимальный температурный коэффициент операционного  усилителя 

мкВ/0С (справочные данные);

Хмакс=(12*(-1,57+50*10-3))/7,87=2,39 мВ/0С

Полученное значение температурного коэффициента меньше заданного, поэтому  нет 

необходимости осуществлять термокомпенсацию.

4.2.32.        Рассчитаем основные параметры стабилизатора. Определим

коэффициент стабилизации Кст:

,    (42)

где Кр- коэффициент усиления составного регулирующего транзистора  по напряжению:       

(43)

где К4, К3-коэффициенты усиления по напряжению транзисторов VT3, VT4, определяем

из таблицы 4.5 (2.с.135). К4=500, К3=800

Коу- коэффициент усиления операционного усилителя по постоянному  току Коу=15;

б- ?оэффициент передачи делителя

б=(бмин+бмакс)/2        (44)

б=(0,56+0,57)/2=0,56

Ь- ?оэффициент, учитывающий  влияние входного сопротивление  усилителя на

коэффициент передачи делителя ?=0,005;

nпосл- число регулирующих  транзисторов включенных последовательно  nпосл=2;

rоу- выходное сопротивление  операционного усилителя (справочный  параметр)

rоу=150 Ом;

Rоу- входное сопротивление  операционного усилителя, Ом

4.2.33.        Определим амплитуду пульсации выходного напряжения стабилизатора

Uвыхm ,мВ:

Uвыхm=U01m1* Uвых/Кст*U01,         (45)

Uвыхm=1,4*12/711*15,54=1,5 мВ

4.2.34.        Определим внутренне сопротивление стабилизатора ri, Ом:

ri=-1/S4*Коу*Ь*б*nпар,         (46)

где S4 крутизна регулирующего  транзистора VT4 см. таблица 4.2 (2.с.130)

ri=-1/0,7*307*0,56*0,05*1=0,166 Ом

4.2.35.        Определим номинальное и минимальное значение кпд стабилизатора

ђмин, ђмакс:

ђмин=Uвых.мин/U01макс        (47)

ђмин=11,94/15,61=0,76

ђмакс=Uвых/U01        (48)

ђмакс=12/15,45=0,77

4.2.36.        Определим величину емкости С6,мкФ:

С6=0,23*h21э4/ri*2*П*f21б        (49)

С6=0,23*50/0,166*6,28*10000=1100 мкФ

Выбираем конденсатор  К50-6 2000 мкФ.

4.3.        Расчет выпрямителя и трансформатора.

4.3.1.        Зная входные напряжения стабилизатора, максимальный и минимальные

токи, потребляемые, стабилизатором и пульсации на входе стабилизатора  производим

расчет выпрямителя:

4.3.2.        Выбираем однофазную мостовую схему выпрямления, в ней число фаз

вторичных обмоток 2, m=2

4.3.3.        Из таблицы 4 выбираем ориентировочные значения коэффициентов BL и

DL-функции углов отсечки  Q и ?:

Ориентировочные значения коэффициентов BL и DL

Таблица 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

Выбираем: BL=1, DL= 2,1

Определим максимальное выпрямленное напряжение U0макс,В:

U0макс=U01*(1+амакс),         (50)

где U0- номинальное выпрямленное напряжение, В

U0макс=15,45*(1+0,005)=15,52 В

Ориентировочно определяем параметры вентилей, см. (2.с.61)

Обратное напряжение, В

Uобр=1,41*BL*U0макс        (51)

Uобр=1,41*1*15,52=21,88 В

Средний выпрямленный ток Iпр. ср, А

Iпр. ср =0,5* I0        (52)

Iпр. ср =0,5*1,05=0,525 А

Выпрямленный ток Iпр, А

Iпр.=0,5* DL*I0        (53)

Iпр.=0,5*2,1*1,05=1,1 А

Габаритную мощность трансформатора Sтр, В*А

Sтр=0,707* DL* BL*Р0,        (54)

где Р0=I0*U01=1,05*15,45=16,22 Вт

Sтр=0,707*2,1*1*16,22=24 В*А

По вычисленным значениям Uобр , Iпр.ср выбираем диоды Д229Л

Справочные данные диодов Д229Л

Таблица 5              

Iпр. ср макс , АUобр макс, ВUпр. ср , ВIобр , мА     

0,740010,2

Определим сопротивления  вентиля в прямом направлении rпр , Ом:

rпр=Uпр. ср/Iпр.ср        (55)

rпр=1/0,525=1,9 Ом

Определяем активное сопротивление  трансформатора rтр, Ом:       

(56)

где J- плотность тока в  обмотках трансформатора, А/мм2 ;

B- амплитуда магнитной  индукции ,Т –определяются по  величине габаритной мощности 

из графиков (см. 2.с.15)

B=1,15 Т; j=3,8, А/мм2

Определим индуктивность  рассеяния обмоток трансформатора Ls,Г:        

(57)

Определим индуктивное сопротивление  фазы Хтр , Ом:

Хтр=2*П*fc*Ls        (58)

Хтр=2*3,14*50*0,47*10-3=0,15 Ом

Определяем сопротивление  фазы r, Ом:

r=rтр+2*rпр        (59)

r=1,9+2*3,3= 10,4 Ом

Определяем AL и ?, где AL-расчетный  параметр, зависящий от угла отсечки  и угла

?- запаздывание фазы напряжения  во вторичной обмотке относительно  первичной:

Из рисунков 2.18-2.20 (см. 2 с.60) определим BL, DL, FL:

BL=1,33, DL=1,9, FL=4,6.

Определяем параметры  трансформатора и вентилей, согласно данных таблицы 2.3 (см.

2.с.61)

Напряжение вторичной  обмотки трансформатора, В

Е2=U2=BL*U0        (62)

Е2=U2=1,33*15,45=20,54 В

Ток во вторичной обмотке  трансформатора, А

I2=0,707*DL*I0        (63)

I2=0,707*1,9*1,05=1,41 А