Устройство для защиты от превышения давления

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

“МИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ВЫСШИЙ

РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ”

 

Устройство для защиты от превышения давления

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по предмету:

“Основы электроники и  микроэлектроники”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Руководитель                                                                                                      Учащийся                                                                                                           

 

 

 

 

 

 

 

 

Минск 2013

 

 

Учреждение образования  «Минский государственный высший радиотехнический колледж»

 

 

УТВЕРЖДАЮ

Председатель ПМК_____________________

___________________(                         )

«_______»_______________________ 2013 г.

 

 

ЗАДАНИЕ

на курсовое проектирование

по дисциплине   Основы электроники и микроэлектроники   

Учащемуся  II курса, группы №   12791    

Муравицкий  Максим Константинович        

  ^{(фамилия, имя, отчество)}

Тема проекта  Устройство для защиты от превышения давления      

Исходные данные по проекту                                                   

1. Расчетно-пояснительная записка

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________                       

2.   Графическая  часть проекта

Лист 1             

Лист 2                                       

 

 

Дата выдачи задания «          »                               20      г.

Срок сдачи завершенного проекта «          »                               20      г.  

Преподаватель-руководитель курсового проекта        (                                        )

Содержание 1.Описание структурной схемы…………….. ……………………………………3 2. Выбор и обоснование  электрической схемы …………………...…….……….4 3.Электрический расчет………………………..…………………………………..9 4. Литература……………………………………………………………...……….10 5. Приложение А…………………………………………………………………..11 6. Приложение Б…………………………………………………………………..12
					КП12.791.005.007
Изм.	Лит	№ документа	Подпись	Дата	Устройство для    защиты от превышения давления   Пояснительная записка	Лит			Лист	Листов
Разраб.						У			3
Провер.						МГВРК
Утв.

 

1.                     Устройство для защиты от превышения давлении

                                               Описание структурной схемы

 

 

 

 

В устройстве использован мембранный тензометрический датчик Д для преобразования давления Р в напряжение Uд в соответствии с уравнением:

 

Напряжение Uд тензометрического датчика мало и поэтому для увеличения точности контроля давления по допустимому значению установлен усилитель У1, напряжение U1 на выходе которого определяется уравнением:

 

Это напряжение U1 при помощи компаратора КМП сравнивается с напряжением Uзд задатчика ЗД, которое определяет допустимое значение Рдоп. Пока выполняется условие U1 Uзд, напряжение U2 на выходе компаратора через ключ К поддерживает мультивибратор МВ в отключенном(неработающем состоянии). Поэтому на выходе МВ сигнала U3 частотой f отсутствует.

В момент равенства напряжения U1доп Uзд, ключ К включает мультивибратор МВ, и она начинает генерировать импульсное напряжение U3 частотой f. Это напряжение U3 и будет являться сигнала о превышении давления заданного значения Pдоп. Учитывая, что =ᶓ,

Для повышения надёжности контроля на приёмной стороне (после линии  связи ЛС) установлен полосовой частотный  фильтр ПЧФ, настроенный на частоту  f колебаний напряжения U3 мультивибратора. Поэтому на выходе ПЧФ напряжение Uф появится только тогда, когда напряжение Uп линии связи , поступающее на вход ПЧФ, будет содержать частоту f т.е. частоту сигнала.

Напряжение ф при появлении  сигнала поступает на вход усилителя  мощности УМ, который усиливает сигнал по мощности до величины, достаточной до срабатывания реле P и звукового сигнала ЗС. Реле Р, включаясь, воздействует на контролируемый процесс, уменьшая давление P(в каждом конкретном случае конкретными способами)

 

 

 

2.                                                   2.1   Усилитель

 

 

 

 

 

В этом усилителе входной  сигнал подаётся на не инвертирующий вход ОУ,

А на инвертирующий вход подаётся сигнал обратной связи R1Rос. Усилитель охвачен последовательной ООС и при одинаковой её глубине выходное сопротивление в не инвертирующем и инвертирующем усилителях мало и не превышает десятков Ом.

При  увеличении глубины  ООС в не инвертирующем усилителе коэффициент усиления уменьшается и при 100% ООс стремится к единице. Не инвертирующий усилитель становится повторителем напряжения. Этот повторитель выполняет те же функции согласующего каскада, что и эмиттерный и истоковый повторители. Так как в повторителе напряжения всё выходное напряжение должно поступать на вход, то необходимость в резисторах отпадает. На основании закона Кирхгофа для входной цепи можно записать Uвх+Ua=Uвых.

Поскольку значение Ku оу очень велико, то значение Uд стремится к нулю, в результате чего Uвх=Uвых. Так как напряжение Uвх подаётся на не инвертирующий вход, то сигнал на выходе совпадает по фазе и амплитуде со входным. Выходное сопротивление очень мало. В связи с этим повторитель напряжения является почти идеальным согласующим(или буферным) каскадом.

                                                      2.2   Компаратор

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.2. Компаратор

 

Компаратор – это устройство, предназначенное для сравнения входного напряжения с заданным напряжением (опорным), т.е. это аналоговая ИС, предназначенная для сравнения двух напряжений и выдачи результата сравнения в логической форме: больше или меньше.

Компаратор напряжения (рис. 1) чувствителен к полярности напряжения, приложенного между его сигнальными  входами. Напряжение на выходе будет иметь высокий уровень () всякий раз, когда разность напряжений между инвертирующим и неинвертирующим сигнальными входами положительна. И наоборот, если разностное напряжение отрицательно, то выходное напряжение компаратора соответствует логическому нулю (  ).

Это правило записывают следующим  образом:

 

 

При рассмотрении типовых  характеристик современных ОУ было установлено, что если в ОУ без  ОС входные напряжения отличаются более  чем на 1 Мв, то выходное напряжение достигает насыщения и оказывается равным +Е при .

Это ненужное при усилении входных напряжений свойство ОУ оказывается  полезным при сравнении напряжений (при построении компараторов). Если использовать ОУ без ОС (рис. 2), заземлить  его инверсный вход, а на прямой вход подать, например, гармоническое  напряжение, то при прохождении последнего через нуль  напряжение на выходе ОУ будет скачком изменяться от –  Е до + Е и наоборот.

Рисунок 2.2.1. Компаратор и временные диаграммы его работы

 

Переход U_вых из одного состояния в другое показывает, когда и в каком направлении U_вх пересекает  опорный уровень напряжения. Опорное напряжение можно подавать и ена прямой вход. При этом работа компаратора принципиально не изменится, меняется только полярность выходного напряжения.

Промышленностью выпускается  большое число специально спроектированных устройств (компараторов):

Общего применения (К521СА2, К521СА5, К554СА2);

Прецизионные (К521СА3, К597СА3);

Быстродействующие (К597СА1, К597СА2);

Специализированные (К521СА1, К521СА4, К1121СА1).

Основными параметрами компараторов являются: чувствительность; точность, с которой компаратор может различить  входной и опорный сигнал; быстродействие; нагрузочная способность.

Компараторы используются в  самых различных областях: для  сравнения уровня сигнала с пороговым  значением; для получения прямоугольных  сигналов из треугольных;  при импульсно-кодовой  модуляции; для переключения источников питания и т.д

 

 

                                                     2.3   Ключ

 

 

 

 

Ключ  работает в двух режимах «ключ замкнут», когда электрический ток через ключ не протекает (транзистор полностью открыт) и «ключ разомкнут», когда электрический ток через ключ не протекает (транзистор полностью закрыт).

                                                     2.4   Мультивибратор

Рис. 2.4. Мультивибратор

 

Мультивибратор- это генератор сигналов прямоугольной формы т.е. мультивибратор- это генератор дающий много вибраций(гармоник). При разложении сигнала прямоугольной формы в ряд Фурье, получим много синусоидальный(гармонических) составляющих ряда, которые в сумме дают прямоугольную форму.

 

 

 

        

 

       2.5   Полосовой частотный фильтр

 

 

 

 

 

Принцип работы полосового фильтра основан  на использовании резонансов напряжений и токов в последовательных и  параллельных колебательных контурах. При совпадении частот, на которых  наблюдается резонанс напряжений в  последовательном контуре L2C2,

Сопротивление продольного плеча L1C1  оказывается минимальным , а поперечного L2C2-максимальным. Коэффициент передачи ПФ при этом имеет наибольшее значение.

2.6    Усилитель мощности

 

 

 

 

В схеме  приведён двухтактный усилитель  мощности на двух транзисторах, работающих по очереди в режиме эмиттерного повторителя. Так как у эмиттерного повторителя коэффициент усиления по напряжению К=1, то он, по сути, является усилителем тока с коэффициентом усиления

Здесь транзисторы  VT и VT2 подбираются идентичными по своим характеристикам, но различными по типу проводимости: VT1-типа n-p-n, а VT2- типа p-n-p. Поэтому при положительной синусоиде Uах открывается VT1, а VT2-закрыт. И наоборот, при отрицательной полу синусоиде VT2 открыт, а VT1 закрыт. Следовательно, при Uвых=Uвх через нагрузку Rн протекает в одном направлении ток I1 при открытом VT1, а в другом направлении ток I2 при открытом VT2. Результирующий ток Iн

В нагрузке будет по форме близок к синусоиде и усиленный в B раз. Коэффициент полезного действия (КПД) такого усилителя может достигать примерно до 75-80%.

2.7   Реле

Работа  электромагнитных реле основана на использовании  электромагнитных сил, возникающих  в металлическом сердечнике при  прохождении тока по виткам его катушки. Детали реле монтируются на основании  и закрываются крышкой. Над сердечником  электромагнита установлен подвижный  якорь (пластина) с одним или несколькими  контактами. Напротив них находятся  соответствующие парные неподвижные  контакты. В исходном положении якорь удерживается пружиной. При подаче управляющего сигнала электромагнит притягивает якорь, преодолевая её усилие, и замыкает или размыкает контакты в зависимости от конструкции реле. После отключения управляющего напряжения пружина возвращает якорь в исходное положение. В некоторые модели , могут быть встроены электронные элементы ,Это резистор , подключённый к обмотке катушки для более чёткого срабатывания реле , или (и) конденсатор, параллельный контактам для снижения искрения и помех.

Электрический расчет

 

Определение коэффициента усиления:

 

Определение напряжение :

 

Определяем  напряжение на выходе:

 

Усилитель

 

f=0.6 КГц

 

 

Задаемся стандартными значениями сопротивления резистора 

Определяем 

Мультивибратор:

Q=2

f=0.6 КГц

 мкс

 с

Задаемся  стандартными значениями емкости C=0.01*Ф

= с

 

Полосовой частотный  фильтр:

f=0.6 КГц

 

*=RC= с

Выбираем стандартное  значение C=0,01 мкФ

 

 

 

Усилитель мощности:

 мА

Для усилителя мощности необходима комплементарная пара транзисторов, т.е. типа n-p-n и p-n-p с одними параметрами. Транзистор p-n-p типа КТ502д, транзистор n-p-n типа КТ503д. У них одинаковые параметры: статический коэффициент передачи тока . Допустимый ток коллектора 120 мА, постоянное напряжение коллектор-эмиттер 60 В.

При максимальном токе , что может дать микросхема, питающая усилитель мощности требуется . А у выбранных транзисторов . Таким образом можно считать, что выбранные транзисторы смогут обеспечить требуемую мощность для работы усилителя ,