Курсовая работа - Технические средства автоматизации

Подождите немного. Документ загружается.

Устройство согласования с объектом представляет собой транзисторный ключ с

нагрузкой в цепи коллектора в виде элелектромагнитного реле.

Выбор схемы транзисторного ключа обусловлен тем, что согласующее устройство

должно иметь гальваническую развязку между нагрузкой и цепью управления

реле.

Выберем схему транзисторного ключа, управление которым осуществляется по

базе транзистора от логического элемента со стандартным логическим

сигналом.

Параметры электромагнитного реле РЭС-55Б приведены в задании на курсовое

проектирование. В нем указаны:

1. рабочее напряжение

2. активное сопротивление обмоток реле

Поскольку схема классического транзисторного ключа содержит индуктивный элемент,

который при включении реле может дать всплеск высокого напряжения, вызванного

появление ЭДС самоиндукции. Для защиты полупроводниковых элементов применим

импульсный диод, включенный в схеме обратно питанию.

Наименование реле Параметры устройства

Реле герконовое РЭС-55Б U

раб.

= 14В R

общ.

=1100Ом

Определим ток срабатывания реле:

мАA 13013.0

1100

общ.

раб.

ср.



Для нормальной работы реле достаточно иметь ток транзистора порядка 15мА.

Выберем транзистор с обратным напряжением коллектор-эмитер порядка 20В и

ток коллектора не ниже 30мА. Под данные параметры подойдет транзистор

КТ215Д1

Тип транзистора h

21’э. min

– h

21э. max

k. max

мА U

кэ. max

КТ215Д1 (n-p-n) 80 - 240 40 30

Находим средний коэффициент усиления транзистора:

160

24080

max э 21min 21э1

..21











срэ

Определим минимальный ток базы коллектора:

мАI

08,0

160

013.0

ср. э. 21

ср.



Находим сопротивление базы транзистора. Логическая единица активного уровня

– 8.6 В.

кОмR

75.10

108

6,8

лог.









Выберем полупроводниковый диод для защиты от перенапряжения при

отключении транзистора. В справочнике в разделе импульсные диоды

выберем транзистор Д310, который наиболее часто применяются в таких

случаях, так как у них большой импульсный ток до 500 мА.

2.2.5 ОПИСАНИЕ РАБОТЫ УСТРОЙСТВА, в том числе и в момент включения

В задании требуется выполнять операции, соблюдая таблицу циклов. В качестве

генератора циклов применим мультивибратор на трех логических элементах.

Этот выбор обоснован стабильной работой схемы и строгостью определения

времени цикла.

АВТОГЕНЕРАТОР С ВРЕМЯЗАДАЮЩИМ КОНДЕНСАТОРОМ

На рис. 10 (а) приведена схема автогенератора, использующего только один

времязадающий конденсатор и три инвертора ТТЛ. Данную схему также можно

представить усилителем, выполненным на каскадно-соединенных инверторах

и DD

охваченных цепью ПОС, состоящей из параллельно включенных

времязадающих конденсатора С и инвертора DD

рис. 10 (б)

1 1 1

DD1 DD2

DD3

1 1

DD1

DD2

DD3

Uвых.

Uвых. DD1

t1 t2

Uвых. DD2

Uвых. DD3

Рис. 10 а, б автогенератор с времязадающим конденсатором

в – временные диаграммы, поясняющие работу автогенераторов

Работа схемы поясняется временными диаграммами, показанными на рис. 10 (в).

Ее особенностью является использование при перезарядке конденсатора в

качестве токозадающего элемента выходных цепей инверторов ТТЛ. При этом

в процессе работы напряжение на конденсаторе не изменяет своей

полярности, а перепады напряжения, действующие на входе ЛЭ DD

имеют

маленькую величину.

Рассмотрим работу данной схемы. Для этого предположим, что в некоторый

момент времени t

=0 на выходе инвертора DD

установился сигнал U

(t0)=0. Вследствие этого на выходе инвертора DD

появился сигнал U

который через незаряженный конденсатор С подтвердит выходной сигнал

инвертора DD

В схеме установиться квазистационарное состояние

равновесия, характеризующее тем, что на входе и на выходе инвертора

,будет присутствовать напряжение U

что противоречит его передаточной

характеристике. Поэтому данное состояние не может поддерживаться сколь

угодно долго. В данном случае выходная цепь инвертора DD

может быть

заменена эквивалентной схемой, аналогичной рис.4 со следующими

параметрами.

)1(h

21э

экв.

Дmin







бэ

UUU

и пологая, что U

(0)=0 и U(t)=U

пор.

получаем выражение для определения

длительности интервала первого квазиустановившегося состояния схемы.

)(

.01

порэкв

экв

CRtt





Квазиустойчивым называется режим работы схемы, для которого при

неизменности выходных сигналов токи и напряжения отдельных элементов

изменяются.

В этот момент выходное напряжение инвертора DD

уменьшиться до U

что,

согласно передаточной характеристике элемента ТТЛ, должно повлечь

появление на выходе инвертора DD

напряжения U

Однако это невозможно,

так как в этом случае и на входе, и на выходе инвертора DD

,будут

действовать напряжения лог. 1.

ВЫБОР СЧЕТЧИКА ИМПУЛЬСОВ

Для организации счета циклов предлагаю установить двоичный счетчик,

считывающий импульсы мультивибратора. Для облегчения поиска нужного

двоичного кода можно применить дешифратор двоичного кода в десятичный.

Такой счетчик со встроенным дешифратором уже существует. Для серии К561

это микросхемы К561ИЕ8 или К1561ИЕ8 – реверсивный счетчик импульсов со

встроенным дешифратором. Применим два счетчика , так как число циклов

превышает декаду. Второй счетчик импульсов применим в качестве счетчика

старших разрядов от 10 до 99. Согласование счетчиков осуществим, используя

выход переполнения младшего разряда DD

, соединив его со счетным входом

счетчика старшего разряда DD

. Так же счетчики применим для формирования

сигнала F (номера зачетной книжки). Останавливать внимание на них не

будем, так как подключение и работа счетчиков эдентична изложенному выше.

Для синхронного обнуления счетчиков их входы R доедим вместе и подключим к

элементу, имеющему признак окончания последнего цикла задания.

Сложность задания требует применения шин, для объединения многократного

используемых выводов счетчика, поскольку сложно будет разобраться в самой

схеме при разработке печатной платы.

ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ ДЛЯ ПОДДЕРЖАНИЯ СОСТОЯНИЯ ВХОДОВ

А,В,С,D

DD1.1

DD1.2

DD2

DD3

Рис.11 Устройство сохранения состояния

элемента

Состояние входов А,В,С,D определяется не просто появление на этих выходах

кратковременной логической единицей. Это состояние следует удерживать

определенное число циклов. Окончание цикла должно бать зафиксировано

появление логического нуля и исключение ложного срабатывания,

вызывающего появления произвольное состояния. Сложность поставленной

задачи заключается еще и в том, что логические состояния должно появляться

еще и при других номерах циклов. Так же в схеме предусмотрен ручной

режим, т.е. имеются кнопки, которые обладают приоритетом. При нормальном

состоянии их выхода активны. Для осуществления данного режима применим

RS-триггеры с согласующими входными элементами в виде элементов ИЛИ и

И .

На каждый входной элемент А,В,С,D и выходной сигнал F предлагаю установить

RS-триггеры. Запись логической единицы на вход триггера осуществляется

путем подачи логической единицы на вход S. А остановку триггера

осуществлять путем подачи логической единицы на вход R в момент

окончания цикла. Момент записи логической единицы и момент ее стирания

производится с циклограммой, номер такта которой и определяет момент

записи и стирания.

ФОРМИРОВАНИЕ СИГНАЛА Е

На основании полученного уравнения составим схему минимизированной

функции для формирования выходного сигнала (Е)

dcadcbdbaf 

Рис. 12 Формирование сигнала Е

+12B

геркон

VT1

VD1

Запрещенная

комбинация

Поскольку в задании имеется запрещенная комбинация входов для элемента Е,

применим сигнализатор в виде сигнальной лампы. Сигнальную лампу может

включать герконовое реле.

РАСЧЕТ ПОТРЕБЛЯЕМОГО ТОКА. ВЫБОР СХЕМЫ ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ И

ЕЕ РАСЧЕТ

Выбор схемы источника пинания производится по потребляемому току всей

схемы. При этом коэффициент запаса схемы должен составлять 20%.

Из справочника по интегральным микросхемам выпишем потребляемую мощность

каждой микросхемы, или ее максимальный ток. Составим таблицу потребляемой

мощности элементами.

№

п/п

Обознач. Название

элемента

Аналог Число

шт.

потр.

мА

пит.

Потреб

мощ.

мВт

Общая

потреб.

мощ.

мВт

1 DD1 К561ЛА1 4011 1 - 9 300 300

2 DD2-DD4 К561ИЕ8 4017 4 - 9 300 1200

3 DD5-DD8 К155ЛИ1 7408 4 - 9 300 1200

4 DD9 К155ЛЛ1 7432 1 - 9 300 300

5 DD10-DD11 К561ТР2 4043 2 - 9 300 600

6 DD12 7404 1 - 9 300 300

7 DD13 7411 1 - 9 300 300

8 DD14 7421 1 - 9 300 300

9 VT1 КТ215Д1 2 15 10 150 300

10 VT2 КТ633А 100 10 1000 1000

11 KA РЭС-55Б 2 15 10 150 150

13 HL АЛС333А 1 50 2 100 100

ВСЕГО (потребляемая мощность) 6050

Суммарная потребляемая мощность транзисторами и интегральными

микросхемами составляет 6050мВт или 6Вт. .

Выберем схему классического компенсационного стабилизатора напряжения.

Требования к стабилизатору:

1. Питание от сети 220В

2. Выходное напряжение 9 и10В

3. Мощность стабилизатора должна иметь 20% запас мощности

Выберем вторичный источник питания напряжением 9 и 10 В. Для напряжения

10В примем схему нестабилизированного источника питания с пассивным RC-

фильтром, а для ИМС – схему компенсационного стабилизатора напряжения.

Определим полную мощность стабилизатора напряжения:

мВтКP

запполн

7200605060502.0PP

нагр.нагр...



VT1

Uвх.

Uвых.

Рис. 12 Интегральный стабилизатор с внешним

регулирующим транзистором

Примем суммарную мощность 7 Вт

Выберем классическую схему компенсационного стабилизатора напряжения с

применением интегрального стабилизатора напряжения.

Микросхемы К142ЕН5, К142ЕН8, К142ЕН9 и т.д. в зависимости от типа могут

отдавать в нагрузку ток до 1.5 – 3 А, одного эксплуатация их на предельных

режимах не желательна, так как требует применения эффективных

теплоотводов. Облегчить работу микросхемы можно, включив во внешнюю ее

цепь мощный регулирующий транзистор.

Базовая схема интегрального стабилизатора с регулирующим транзистором

приведена на рис.12. При токе нагрузки до 0.2А падение напряжения на R

невелико. Стабилизатор работает с закрытым транзистором VT.

При большем токе падение напряжение на R

доходит до 0.6 – 0.7В и транзистор

VT открывается, шунтируя микросхему коллекторно-эмитерной областью,

ограничивая ток микросхемы.

А сам транзистор VT защитим от чрезмерного большого тока с помощью

стандартного предохранителя на 3А.

Из справочника по интегральным стабилизаторам выберем отечественный

интегральный стабилизатор на 9 В при напряжении питания на 3 В выше

стабилизированного напряжения, т.е. 12В. Это требование предъявляется ко

всем компенсационным стабилизаторам напряжения.

Найдем максимальный ток нагрузки при мощности нагрузки 7 Вт.

пит

8,0777,0

.max

max.



Выберем интегральный стабилизатор на 9 В. Это микросхема КРЕН8А с

параметрами U

min.вх.

=11.5 В и U

max.вх.

=35 В.

Выберем регулирующий транзистор, который имеет максимальный ток коллектора

не меньше 3.0 А и обратное напряжение коллектор-эмиттер не ниже 12В. Этим

требованиям отвечает транзистор КТ816А с параметрами:

k.max.

3.0 B

кэ max.

=40 B

max.

=40 Вт

Резистор R

принимаем стандартный для этой схемы в 470 Ом.

Проведем расчет схемы нестабилизированного источника питания с активным

фильтром.

Предложенная схема не трубует расчетов, поскольку максимальный ток нагрузки

выпрямителя на диодах VD1 – VD4 состовляет 1 А, что значительно больше

потребляемого тока и обратное напряжение выпрямителя до 600 В, что тоже

имеет значительный запас по сравнению с напряжением 12В.

Расчет блока питания закончен.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ:

В результате выполненной работы были сделаны расчеты и спроектировано:

1. Составление минимизированного логического выражения для

формирования выходного сигнала Е

2. Разработка функциональной и принципиальной схем для формирования

выходных сигналов А, В, С, D

3. Разработка функциональной и принципиальной схем для формирования

выходного сигнала F (номера зачетной книжки)

4. Расчет и выбор элементов выходных УСО

1000мк Ф

VD1 – VD4

КЦ403А

+12 В

Рис.13 Схема классического нестабилизированного источника

питания

5. Описание работы устройства, в том числе и в момент его включения

6. Расчет потребляемого тока. Выбор схемы источника питания и ее расчет

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Р. М. Терещук, Н.М. терещук Полупроводниковые приемно – усилительные

устройства. Справочник. М. 1987. -540с.:ил.

2. Нефедов А.В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги.

Справочник Т.5. – М.: ИП радиоСофт, 2001. – 608с.:ил.

3. ИДДК Справочник по полупроводниковым приборам. Version 1.02 Авторы:

Шульгин О.А. Шульгина И.Б. Воробьев А.Б.