Разработка цифрового блока управления

 

U_вкл =U_ср = 2.9 В              

         U_выкл =U_отп = 2.2 В                       

         ΔU = 0.7 В

 

Это удовлетворяет условию:

U_вкл ≤ 0,8·U¹_фид = 0,8·4 = 3,2 В

U_выкл ≥ 1,2·U⁰_фид = 1,2·0,182 = 0,2184 В

 

 

 

 

Тогда статическая характеристика формирователя импульсов будет  иметь вид:

         Uфи, В

 

4

  

2

                  U_выкл                                U_вкл

 

0

                 1          2          3          4          5                            U_{фид, В}

                   U_т                                               U_с

        U_фид, В

        

 

 

4

U_вкл  

U_выкл

2

                                                

 

0

                                                                                              t

                  

 

         Uфи, В

 

 

4

  

2

                                                 

 

0

                                                                                              t

                                                                

Рисунок 4 – статическая характеристика триггера Шмитта

Гистерезис в триггере Шмитта позволяет исключить влияние  помехи, что обеспечивает надежную работу счетчика импульсов. Выполним триггер с помощью схемы управления реверсом.

 

Рисунок 5 – Схема управления реверсом

                                                                                                                                                 

Проведем  проверку условия согласования ФИД  с выбранным триггером Шмитта при напряжении питания U_п = 5В:   U_вкл<< UвыхФИД

2.9<<4 (согласование по напряжению выполняется). 

 Входное сопротивление  триггера Шмитта составляет 100 МОм, что намного превышает выходное сопротивление ФИД : 100>>0.91 (согласование по сопротивлению выполняется).

8. Счетчик импульсов

 Счетчик импульсов целесообразно использовать  в виде одной ИС.          

Для построения счетчика импульсов используем режим прямого счета с предварительной записью в счетчике заданного кода. Используем типовой четырехразрядный двоичный счетчик со входами предустановки - К155ИЕ7.

Счетчик импульсов должен работать с заданными коэффициентами деления (12 и 13). Для представления данных чисел в двоичном коде составим таблицу.

Таблица 1 – Перевод кодовых импульсов в двоичный код

КД (10)	КД (2)
12	1100
13	1101

 

                              

Рисунок 6 – Схема счетчика импульсов К155ИЕ7

                    

9. Командные триггеры

Командный триггер строим на основе логических элементов (которые управляются нулями) К155ЛА4 и 564ТЛ1, которые имеют 3 и 2 входа соответственно [Тарабрин Б.В.- Интегральные микросхемы // Справочник ]. Эти интегральная схемы содержат 3 логических элемента «3И-НЕ» (К155ЛА4) и 4 логических элемента «2И-НЕ» 564ТЛ1. RS – триггер, построенный на основе этих элементов, управляется нулем. Сигналы на командный триггер поступают с кнопок «ПУСК», также с внешних устройств (ВУ) и со счетчика импульсов (СИ ≥0). При нажатии кнопки «ПУСК», сигнал низкого уровня будет подаваться на вход разрешения записи в счетчик импульсов, производя запись кода для начала отсчета количества импульсов. С ТПХ подается сигнал на импульсный усилитель мощности (ИУМ1).

При достижении заданного  кода на СИ на ТПХ подается сигнал логического нуля, который сбрасывает его в ноль, при этом ТОХ переключается в единицу, так же происходит подключение счетчика обратного хода.

Выберем значения резисторов R3, R4 и конденсаторов C1, C2 [Акимов Н.Н. – Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА // Справочник] выполняя условие: t_пер≤ τ_зад. ≤ t_разг. ,                       где τ_зад. ≈ R1*C1 – (1)

20 нс ≤ τ_зад. ≤ 0.1с ,   где для ТТЛ:  τ_зад. ≈ 0.5мкс

В ыберем номиналы резисторов и конденсаторов из заданного интервала времени задержки, по ряду Е24 для резисторов: R3=4.7 кОм±5% тип МЛТ 0.25

По ряду Е12 для конденсаторов: С1=0.1нФ±10% тип КТ4-21

Проверяем выполнение условия (1):  0.5*10^-6=4.7*10³ * 0.106*10^-9 . Следовательно значения номиналов конденсаторов и резисторов применимы к нашей схеме.

 

 

 

Рисунок 7 – Командные триггеры

 

 

С кнопки «ПУСК» и с внешнего устройства ВУ подается импульс для записи количества импульсов в счетчик импульса. Запись в счетчик будет закончена намного раньше того как придет первый счетный импульс, так как в цепи запуска электродвигателя есть элементы создающие задержку сигнала (логический элемент, ФИД, ФИ), а также сам двигатель обладает инерционными свойствами, поэтому ошибок в системе, связанных с записью кода быть не должно.

10. Импульсный усилитель мощности

Усилители мощности выполняются на силовых транзисторах, работающих в  ключевом режиме. Тип каждого транзистора  выбирается по заданным значениям напряжения и тока электродвигателя, а также  необходимого значения коэффициента β, определяемого по максимально возможному выходному току триггеров: I¹_вых ≤ 10 мА (для ТТЛ).

 

 

Рисунок 8 - Импульсный усилитель мощности

 

Здесь VT1, VT2 обеспечивают коммутацию тока обмоток электродвигателя, а резисторы R5, R6 ограничивают ток базы насыщения I_Б.НАС транзисторов.

Выберем транзисторы из следующих условий (при U_эд = 110В и I_эд = 1.6А):

U_{кэ.макс} > 1.2 * U_эд               U_{кэ.макс} > 1.2*110 =132 В

               I_к.макс ≥ 1.2·I_эд                      I_к.макс ≥ 1.2·1.6 = 1.92 A

               P_к.макс ≥ 1.2·I_эд·U_к.нас             P_к.макс ≥ 1.2·1.6·2 = 3,84Вт

 

Проверим условия насыщения  транзистора VT1 по току:

              I_б.нас ≤ I¹_вых  = 10мА

Для выбора транзистора  необходимо определить значение коэффициента передачи по току, которое определяется из условия – (2) :

I_б.нас = К_н* I_к.нас/ β – (2)                                                        

      откуда  β = К_н* I_к.нас/ I_б.нас = 3*1600/10=480

где К_н=(2÷4) – коэффициент форсировки насыщения, в нашем случае принимаем К_н = 3, таким образом: β ≥ 480

Трудно подобрать транзистор, который бы удовлетворял всем условиям,                    поэтому  сделаем составной транзистор.

 

 

Выбираем первый транзистор КТ683А со следующими параметрами:

U_к.макс = 150 В

I_к.макс = 2 А

P_к.макс = 8 Вт

40 ≤ β ≤120

Найдем I_б.1= k_н·I_эд/β =(2÷4)·1.6/40=0.08 А

Выбираем второй  транзистор КТ504Б  со следующими параметрами:

U_к.макс = 200 В

Iк. макс =2 А

Рк.макс.= 10 Вт

15 ≤ β ≤100

              Найдем I_б.2 = k_н·I_эд/β = (2÷4)·1,6/15 = 0.21 А

Тогда для составного транзистора  получаем:

               β_общ. = β1 *β2=40*15= 600  ≥  480

Рассчитываем R_б:

RБ(4/5)=(U¹_вых –UБЭ1-UБЭ2)/IБ1 =(U¹_вых –U БЭ1-UБЭ2)* β_общ / (k_н* I_к.нас)=(4-1-1,6)*480/2*1.6 = 210 Ом

Окончательно выбираем R_б из стандартного ряда Е24: R_б = 200 Ом ± 5%, тип МЛТ – 0.25  

Диоды  VD4 и VD5 выбираем типа КД102А.

Справочные данные: UОБР и = 250 В, Iпр = 0,1А, Iимп = 2А.

Проверим условие выбора:

UОБР≥   1,2U_н

250>132 условие выполняется, следовательно подобран верно.

 

 

 

 

 

Список использованной литературы:

 

1. Зельдин Е.А. –  Цифровые и интегральные микросхемы в  информационно-измерительной  аппаратуре
2. Усатенко С.Т. и др. Выполнение электрических схем по ЕСКД.- М. Энергоатомиздат, 1989
3. Акимов Н.Н. – Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА. – Мн.: «Беларусь», 1994 – 591с. // Справочник
4. Тарабрин Б.В.- Интегральные микросхемы. – М.: Радио и связь, 1983 – 528с. // Справочник
5. Горюнов Н.Н. – Полупроводниковые приборы: транзисторы. - М.:      Энергоиздат, 1982 – 904с.// Справочник
6. Голомедов А.В. – Мощные полупроводниковые приборы. Транзисторы: Справочник – М.: Радио и связь, 1985 – 560с.