К тому времени потребность в автоматизации вычислений (в том числе для военных
нужд – баллистики, криптографии и т.д.) стала настолько велика, что над
созданием машин типа построенных Эйкеном одновременно работало несколько групп
исследователей. Начиная с 1943 г. Группа специалистов под руководством Джона
Мочли в США начала конструировать машину уже на основе электронных ламп, а не
реле. Их машина названная ENIAC, работа в 1000 раз быстрее чем МАРК-1, однако
для задания ее программы приходилось в течение нескольких часов или даже дней
подсоединять нужным образом провода. Специалисты начали конструировать машину,
которая могла бы хранить программу в своей памяти.
Компьютеры 40-х и 50-х годов были очень большими устройствами, – огромные залы
были заставлены шкафами с электронным оборудованием. Все это стоило очень
дорого, поэтому компьютеры были доступны только крупным фирмам. Первый шаг к
уменьшению размеров компьютеров был сделан с изобретением в 1948 г.
транзисторов, которые смогли заменить в компьютерах лампы. И уже во второй
половине 50-х годов появились машины на основе транзисторов. Единственное место
где транзисторы не смогли заменить лампы- это блоки памяти, но там вместо ламп
стали использовать схемы памяти на магнитных сердечниках. В 1965 г. Фирме
Digital Equipment удалось выпустить мини-компьютер размером с холодильник и
стоимостью 20.000$.
Следующий шаг в миниатюризации компьютеров- изобретение интегральных микросхем
или чипов. Затем прогресс компьютеров стал очень стремительным. Вот основные
вехи в эволюции современных компьютеров:
1978г.- Intel процессор 8086
1979г.- Intel процессор 8088
1981г.- IBM PC с процессором 8088
1984г.- IBM PC AT с процессором 80286
1985г.- Microsoft Windows
1988г.- Intel 80386SX
1989г.- Intel 486DX
1990г.- PC с процессором 486DX/25
1992г.- Intel 486DX2
1993г.- Intel Pentium
1995г.- Intel Pentium Pro
1998г.- процессор Pentium с тактовой частотой 600 Мгц
Стремительные темпы компьютеризации всех сторон человеческой деятельности
привели к тому, что сегодня компьютеры, и, прежде всего персональные ЭВМ, стали
непременным атрибутом самых различных технических комплексов. Это касается и
современных систем управления и сбора данных, контрольно-измерительного и
лабораторного оборудования, т.е. любых комплексов, основной задачей которых
является обработка и интерпретация информации, поступающей из "внешнего мира".
Сегодня практически все системы такого рода, за исключением сугубо
специализированных систем, построенных на основе специализированных процессоров,
оснащены персональными компьютерами на процессорах ведущих мировых
производителей, в том числе и Intel. В результате, перед разработчиками и
пользователями любой подобной системы встает задача адекватной стыковки
устройств, которые воспринимают информацию из внешнего мира (датчиков различного
типа), с персональным компьютером, являющимся центральным узлом такой системы.
Компьютер выполняет задачи координации работы системы, обработки поступающей
информации и выдачи ее пользователю в наиболее удобной для него форме.
МЕТОДЫ И СИСТЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ.
Внедрение электронных средств регулировки параметров, характеристик и режимов
передатчика позволяет осуществлять управление передатчиком на расстоянии. Такое
управление, называемое дистанционным, широко используется в профессиональных
передатчиках.
Дистанционное управление радиовещательным передатчиком, находящимся в соседнем
помещении или в этом же, но на расстоянии в несколько десятков метров, создает
для обслуживающего персонала повышенные удобства. Не подходя к передатчику,
оператор имеет возможность включить и выключить передатчик, настроить его на
нужную частоту, переключить источник сигнала, и т.д.
В радиовещательных передатчиках для дистанционного управления используются
ультразвуковые, инфракрасные колебания или управление с помощью линий связи.
Структурная схема дистанционного управления с использованием источника
инфракрасного колебания
Рис 1.
Структурная схема дистанционного управления с использованием источника
инфракрасного излучения показана на рис.1, Необходимая для управления
передатчиком информация набирается оператором на пульте управления ПУ, сигналы
управления с его выхода после преобразования связи устройством кодирования УК
подаются на фотодиод ФД (излучатель), излучающий инфракрасные импульсы в
направлении фототранзистора ФТ, находящегося на управляемом передатчике.
Принятые фототранзистором импульсы усиливаются и декодируются в устройстве
декодирования УД, с выхода которого сигналы управления поступают на
соответствующие цепи регулировок передатчика. В передатчике с микропроцессорным
управлением пульт может частично или полностью дублировать панель управления
передатчика. Инфракрасные колебания хорошо поглощаются стенами помещения и
расположенной в нем мебелью, при этом практически не создаются мешающие
воздействия устройствам, находящимся в других помещениях.
Системы ДУ на ультразвуковых колебаниях действуют по такому же принципу.
Дистанционное управление передатчиком с помощью линий связи. управления
рассмотрим на примере управления передатчиком декаметрового диапазона. В таких
РПДУ контроль и управление его работой производится из диспетчерского пункта
(ДП), находящегося от передатчика на некотором расстоянии, что повышает
оперативность радиосвязи за счет управления передатчиком с помощью ЭВМ по
заранее заданной программе, а при работе передатчика на необслуживаемых
радиостанциях сокращает обслуживающий персонал.
Радиопередатчик, находящийся на значительном расстоянии (например, много
километров) от оператора или ЭВМ, управляется путем односторонней либо
двусторонней передачи информации.
В первом случае передаются только команды телеуправления (ТУ); во втором для
контроля за работой передатчика организуется обратный канал связи для передачи
информации телесигнализации (ТС).
При дистанционном управлении для каждого органа управления РПДУ
предусматривается либо отдельная линия связи, либо число линий связи меньше
числа объектов управления. В первом случае сигналы передаются с помощью
параллельного кода, во втором случае происходит уплотнение канала связи, и
сигналы передаются с помощью последовательных кодов.
Структурная схема систем телеуправления и телеконтроля
Рис 2.
Система телеуправления и телеконтроля РПДУ состоит из устройств, устанавливаемых
на диспетчерском пункте, канала связи и устройств, устанавливаемых на РПДУ (рис.
2). В блоке вывода на ДП передаваемая информация преобразуется (кодируется и
модулируется) в форму, пригодную для передачи по линии связи к управляемому
РПДУ, содержащему в блоке ввода обратные преобразователи, декодирующие и
демодулирующие устройства. Блок ввода передает информацию от ДП передатчику, а
также вызывает срабатывание визуальных или слуховых индикаторов на передней
панели передатчика; блок вывода снимает информацию с РПДУ для передачи на ДП.
Если необходимо осуществлять управление большим числом передатчиков, для
повышения эффективности канала связи используют общий канал для передачи
сообщений всем РПДУ, т.е. осуществляют уплотнение одного канала связи вторичными
каналами. В основном применяются системы с кодовым разделением каналов, в
которых в каждом вторичном канале, по которому производится управление
конкретным передатчиком, передается специальная кодовая комбинация. На приемной
стороне сигналы с линии связи от ДП параллельно подаются на дешифраторы
передатчиков. Если кодовая комбинация после дешифровки соответствует комбинации,
присвоенной данному РПУД (его адресу), то сигналы ТУ воздействуют на этот
передатчик. При этом либо сам адресный код несет в себе команду ТУ для
передатчика, либо адрес и команды ТУ передаются поочередно. Кодовая комбинация,
передаваемая по линии связи от ДП, может содержать: адрес РПДУ, на который
должна быть передана информация; определяющий вид сообщения; текст сообщения. В
текст сообщения может входить многопозиционная команда ТУ в двоичном или
двоично-десятичном коде, характер двухпозиционной команды, группа
двухпозиционных сигналов ТС и т.д. К двухпозиционным относятся команды "включить
– выключить", "увеличить – уменьшить" и т. д. Адрес и текст могут иметь
различное число элементов в пределах длины кодовой комбинации. Обычно число
импульсов в сообщении и их длительность бывают заданными, поэтому передатчик
может отключаться как в паузах между сигналами, так и во время импульсов начала
сообщения, что повышает помехозащищенность системы. Команды ТУ могут
передаваться и с двойным подтверждением.
Сначала с ДП в РПДУ посылается адрес и текст подготовленной команды. После
декодирования и запоминания адреса это же сообщение поступает обратно на ДП, где
происходит его сравнение с ранее переданным. При совпадении переданного и
принятого сообщений с ДП передается на РПДУ разрешение на исполнение команды,
после получения, которого на ДП поступает соответствующее подтверждение.
Телеуправление может быть построено так, что сначала выбирается группа РПДУ,
затем подгруппа и т. д. Таким образом, выбор для управления требуемого РПДУ
осуществляется в несколько этапов, с применением одинаковых или различных кодов.
Скорость передачи информации ТУ составляет 50—2400 бит/с. Аппаратура ТУ строится
по принципу модульно-блочной конструкции на ИС. Для передачи информации ТУ могут
быть использованы стандартные телефонные каналы проводной или радиорелейной
линии.
Рассмотрим упрощенные структурные схемы блоков вывода и ввода информации с
временным кодовым разделением сигналов для передачи по линии связи сигналов ТУ и
ТС.
Структурная схема блока вывода.
Рис 3.
Структурная схема блока вывода, который может быть установлен как в ДП для
передачи сигналов ТУ, так и на приемном пункте для передачи сигналов ТС,
показана на рис. 3. Сигналы ТУ (ТС) в виде кодовых комбинаций, имеющих адреса и
тексты, подаются через распределительное устройство РУ на преобразователь кода
ПК. Это преобразование обусловлено тем, что сигналы ТУ подаются с клавиатуры на
РУ в параллельном коде, а передавать сигналы управления по одной линии связи к
приемному пункту необходимо в последовательном коде. В формирователе кодовых
сигналов ФКС для повышения помехоустойчивости в кодовую комбинацию добавляются
синхронизирующие и контрольные импульсы используемого кода. Импульсы кода
преобразуются в модуляторе М для передачи по линии связи к РПДУ. Алгоритм работы
узлов блока вывода задается устройством управления УУ, тактовые импульсы
вырабатываются генератором ГТИ.
Структурная схема блока ввода.
Рис 4.
Структурная схема блока ввода представлена на рис. 4. Сигнал с линии связи
подается на демодулятор Д, с выхода которого последовательность импульсов
преобразуется в преобразователе кода ПК в параллельные кодовые комбинации. Эти
кодовые комбинации записываются в устройстве центральной памяти УЦП. Адресная
часть этих кодовых комбинаций подается на устройство управления УУ, а тексты с
выхода УЦП— в устройства индивидуальной памяти ИП1— ИПn каждого управляемого
канала. Запись в устройства памяти ИП1— ИПn проводится по соответствующему
сигналу от УУ. В соответствии с выбранным кодом устройство защиты кодов УЗК
вырабатывает сигнал запрета или разрешения на прием неискаженных кодовых
комбинаций. Синхронизация генератора тактовых импульсов ГТИ осуществляется от
селектора тактовых импульсов СТИ.
Рассмотренные методы и способы дистанционного управления и контроля имеют ряд
существенных недостатков:
1) При дистанционном управлении с помощью ИК лучей невозможно осуществлять
управление РПДУ, находящегося в другом помещении, а ведь передатчики именного
из-за своего вредного ВЧ излучения переносятся в более отдаленные помещения.
2) Устройства дистанционного управления и контроля достаточно громоздки,
обладают ограниченным набором функций и команд, трудно поддаются модернизации.
Из-за сложности конструкции обладают низкой ненадежностью и ремонтопригодностью.
Эти недостатки устраняются в компьютерных системах дистанционного управления и
контроля. Такие системы имеют следующие преимущества: малые габариты и высокая
надежность, программное управление, стандартная шина управления, возможность
наращивания и модернизации, а также простота обслуживания.
3. СИСТЕМА ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕДАТЧИКОМ, СОПРЯЖЕННАЯ С ШИНОЙ
КОМПЬЮТЕРА IBM PC
В данной дипломной работе разработана компьютерная система дистанционного
управления УКВ ЧМ радиовещательным передатчиком типа HF-1000. Данный способ
позволяет использовать компьютер IBM PC АТ в качестве устройства,
вырабатывающего команды управления. Система состоит из двух модулей: платы
сопряжения и исполнительного устройства (см. рис.). Плата сопряжения вставляется
в стандартный слот расширения системной шины компьютера IBM PC AT и управляется
программным способом. Исполнительное устройство смонтировано в отдельном корпусе
с автономным источником питания и соединяется с платой сопряжения с помощью
8-жильного кабеля через оптоэлектронную развязку. Команды управления поступают
на передатчик по кабелю длиной до 300 м.
3.1. Системная шина компьютера IBM PC.
Системная шина IBM PC представляет собой расширение шины микропроцессора фирмы
Intel. Используемые ИС совместимы с транзисторно-транзисторной логикой (ТТЛ),
помимо сигнальных выводов имеются выводы для подачи питания +5 В и +12 В и
соединения с общим проводом. На рис. 5 показана разводка выводов системной шины
IBM PC – в общей сложности 62 вывода. Все сигналы имеют активный высокий уровень
во всех случаях, кроме оговоренных отдельно.
А0—А19. Это 20 выводов адресов памяти и устройств ВВ. А0 – младший значащий
разряд (МЗР), А19 – старший (СЗР). Сигналы для этих линий формируются либо
процессором , либо контроллером прямого доступа к памяти.
D0—D7. Эти восемь выводов образуют двустороннюю шину данных. D0 – младший
разряд, D7 – старший. Во время цикла записи микропроцессор выдает информацию на
шину данных по сигналу записи впорт ВВ (IOW) или в память (MEMW), которые
тактируют подачу данных в порт ввода-вывода или в память. Во время цикла чтения
с шины порт ввода-вывода или память должны направлять информацию на шину данных
по сигналу чтения с порта ВВ (IOR) или чтения из памяти (MEMR), которые служат
для занесения данных в буфер микропроцессора.
MEMR, MEMW, IOR, IOW. Эти сигналы с активным низким уровнем управляют операциями
чтения и записи. Они могут выдаваться процессором или контроллером ПДП.
ALE (разрешение регистра адреса). На системной шине PC сигнал ALE указывает на
начало шинного цикла, который инициируется процессором. Когда этот сигнал
выставлен, по системной шине данных не будет передаваться адресная информация.
AEN (разрешение адреса). Этот сигнал выдается контроллером ПДП и указывает, что
идет выполнение цикла прямого доступа к памяти. Обычно он служит для блокировки
логики декодирования порта ВВ во время цикла прямого доступа к памяти. Это
необходимо для того, чтобы адрес прямого доступа к памяти не был случайно
использован в качестве адреса ВВ. Такая ситуация в принципе может возникнуть,
поскольку управляющие линии IOR и IOW могут переходить в активное состояние во
время цикла ПДП.
OSC (сигналы задающего генератора), CLOCK. OSC – высоко- частотный системный
синхросигнал с периодом повторения 70 нс (частота 14,31818 МГц) и коэффициентом
заполнения 0,5. Частота сигнала CLOCK равна одной трети частоты задающего
генератора (4,77 МГц). Она является рабочей частотой микропроцессора Intel .
IRQ2—IRQ7 (запросы на прерывание). Устройства ввода-вывода используют шесть
линий ввода для генерирования запросов на прерывание, направляемых процессору.
Этим запросам присваиваются определенные приоритеты (IRQ2 задает высший
приоритет, а IRQ7 – низший). Запрос на прерывание генерируется путем выдачи
высокого логического уровня на линию IRQ и поддержания его до тех пор, пока
прием этого сигнала не будет подтвержден процессором. Поскольку сигнал
подтверждения прерывания (INTA), выдаваемый процессором, не появляется на
системной шине, подтверждение обычно поступает по одной из линий порта ВВ, для
чего используется команда OUT, выдаваемая подпрограммой обработки прерываний.
I/O CH RDY (готовность канала ВВ). Этот входной сигнал используется для
инициирования периодов ожидания, с помощью которых увеличивается длительность
шинных циклов микропроцессора при работе с "медленными" запоминающими и внешними
устройствами.
I/O CH CK (проверка канала ВВ). Этот сигнал с активным низким уровнем служит для
"информирования" процессора о том, что в данных, поступивших из памяти или от
устройства ВВ, содержится ошибка, обнаруженная контролем по четности.
RESET DRV (инициирование сброса). Этот сигнал служит для сброса или установки в
исходное состояние системной логики либо при включении питания, либо в том
случае, когда после подачи питания обнаруживается, что один из уровней
напряжения питания выходит за допустимые рабочие пределы. Этот сигнал
синхронизируется срезом импульса OSC.
Схема системной шины ISA
Рис 5.
DRQ1—DRQ3 (запрос прямого доступа к памяти). Эти входные сигналы служат для
запроса доступа к асинхронным каналам, которые используются периферийными
устройствами, чтобы получить возможность прямого доступа к памяти. На линии DRQ
должен поддерживаться высокий уровень сигнала до тех пор, пока уровень на
соответствующей линии DACK не станет низким.
DACK0—DACK3 (сигналы подтверждения запроса ПДП). Эти сигналы с активным низким
уровнем используются для подтверждения приема сигналов запроса ПДП и для
регенерации динамической памяти (DACKO).
Т/С (конец блока данных). По этой линии выдается импульс, когда достигается
конец блока данных, передаваемых по каналу прямого доступа к памяти.
В разработанном устройстве сопряжения используются сигналы D0 – D7, A0 – A9,
AEN, IOR, IOW, RESET.
3.2. Схема буферизации.
В связи с тем, что нагрузочная способность шины ограничена, необходимо
подключать к ней устройства через схемы буферизации. В данном устройстве в
качестве буферных элементов используются шинные формирователи КР1533АП5 (два
четырехканальных формирователя с тремя состояниями на выходе с инверсным
управлением). Всего для буферизации разрядов А0 - А9 адресной шины и требуемых
управляющих сигналов используется две микросхемы.
3.3. Дешифратор адреса.
Схема дешифрации адреса портов ввода – вывода спроектирована с учетом возможного
расширения устройства и рассчитана на адресацию 32 портов – с 300H по 31FH.
Существует несколько способов обращения к портам:
1. Ввод-вывод, управляемый программно.
2. Ввод-вывод, управляемый подпрограммой обработки прерываний.
3. Ввод-вывод, управляемый аппаратными средствами (ПДП).
В данной схеме используется программно-управляемый ввод-вывод, когда обращение к
портам осуществляется по специальным командам микропроцессора IN и OUT.
При появлении на шине одного из адресов с 300H по 31FH и при наличии активного
сигнала AEN, логические схемы декодирования генерируют импульс выбора порта. При
наличии этого импульса соответствующий порт готов к приему или передаче
информации.
3.4. Приемо-передатчик данных.
В качестве приемо-передатчика данных используется восьмиканальный
двунаправленный формирователь с тремя состояниями на выходе КР1533АП6.
Направление передачи данных определяется наличием сигналов чтения или записи на
шине и работой дешифратора адреса. Если присутствует сигнал чтения, то данные из
регистров выбранного дешифратором порта поступают на шину. Если присутствует
сигнал записи, то данные с шины записываются в регистры выбранного дешифратором
порта.
3.5. Регистр команд управления.
Регистр команд управления объединяет три порта с адресами 300Н, 301Н и 302Н. В
нашей схеме регистр действует в одном направлении: процессор в виде
параллельного 8 разрядного кода посылает команду управления передатчиком,
которая записывается в один из портов. В качестве портов регистра используются 3
микросхемы серии КР1533ИР22 (восьмиразрядный регистр на триггерах с защелкой с
тремя состояниями на выходе). Таким образом, регистр способен хранить
24-разрядное число.
3.6. Исполнительное устройство.
Команды управления передатчиком из регистра хранения подаются на исполнительное
устройство через схему оптоэлектронной развязки. Исполнительное устройство – это
блок реле, который непосредственно управляет передатчиком. Каждый разряд
регистра управляет отдельным реле, что позволяет подавать на передатчик до 24
команд одновременно.
3.7. Блок электропитания.
Исполнительное устройство питается от автономного источника электропитания.
Источник представляет собой трансформатор, с одной первичной и двумя вторичными
обмотками, двумя выпрямителями, на основе мостовых схем и двумя стабилизаторами
непрерывного действия (НКСН), рассчитанными на напряжения +12 В и +5 В
соответственно. Однофазная мостовая схема из всех двухполупериодных схем
выпрямления обладает наилучшими технико-экономическими показателями. Данный
класс устройств получил широкое распространение для питания различной
радиоэлектронной аппаратуры. Это объясняется схемной простотой, высоким
качеством выходного напряжения возможностью миниатюризации методами современной
технологии. НКСН могут выполняться с последовательным, параллельным или
комбинированным включением регулирующего элемента. В данной схеме используется
последовательное включение регулирующего элемента. Стабилизированный источник
питания вырабатывает два выходных напряжения +5В и +12В с малым уровнем
пульсаций. Напряжение +12 В используется для питания элементов исполнительного
устройства, а напряжение + 5 В – для дальнейшей модернизации и расширения
системы.
3.8. Работа системы.
Работа системы происходит следующим образом. Программа задает временные
интервалы запуска той или иной команды управления передатчиком и адреса портов
ввода-вывода, в которые записываются эти команды. Процессор по заданной
программе в определенные моменты времени обращается к порту, выставляя на линиях
A0 – A9 его адрес 300Н (либо 301Н и 302Н), а на линиях D0 – D7 команду
управления.
Одновременно с этим при высоком уровне на линии сигнала IOR приемопередатчик
переключается на передачу данных от шины к регистру. При этом инициируется
сигнал AEN, разрешающий дешифрацию адреса, и сигнал IOW, по которому происходит
запись команды в регистр хранения команд. Запись производится только в том
случае, если схема дешифрации определила, что обращение происходит именно к
выбранному порту и активизировала его. Таким образом, за 3 цикла обращения можно
записать в регистр хранения команд 24-разрядное число. Далее сигналы с регистра
поступают на оптоэлектронные ключи, которые, в зависимости от высокого или
низкого уровня на входах, включают или выключают реле управления передатчиком.
Передатчик HF1000 состоит из двух блоков: возбудителя и усилителя мощности,
каждый из них имеет входы для внешнего управления, которые подключаются к реле
исполнительного устройства с помощью кабеля, проложенного от эфирной студии в
учебном корпусе УрКСИ к аппаратной на 9 этаже здания по Мельникова - 52а. В
данной системе используется пока только три сигнала:
включение усилителя мощности;
отключение усилителя мощности;
блокировка несущей частоты возбудителя.
достаточно для поддержания необходимых режимов работы радиостанции:
режим "включено";
режим "выключено";
дежурный режим, когда передатчик включен и готов к немедленной трансляции
передачи в эфир, но излучение несущей заблокировано.
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
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=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
Uоп
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
R12
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
R10
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
Ток в первичной обмотке трансформатора ,А
I1=0,707*DL*I0*U2/U1 (64)
I1=0,707*1,9*1,05*20,54/220=0