2.2 Описание и анализ работы электрической схемы

Схема электрическая принципиальная приведена на рисунке 1 приложения.

В устройство входят следующие функциональные узлы:

  • генератор импульсов на элементах DD1.1,DD1.2;

  • два двоичных делителя частоты на триггерах DD2.1,DD2.2;

  • узел формирования таблицы ис­тинности на микросхеме DD3 и элементеDD1.3;

  • узел сравнения на микросхеме DD4;

  • узел питания ан микросхеме DA1.

Генератор импульсов с частотой около 20Гц формирует с помо­щью двух двоичных делителей частоты периодическую тестовую последовательность логических сигналов для формирования таблицы ис­тинности логической функции двух вход­ных переменных — 00, 01, 10, 11.Из этой тестовой последовательности образуют­ся опорные сигналы логических функций 2И (элементDD3.1), 2ИСКЛ.ИЛИ (элементDD1.3) и 2ИЛИ (элементыDD3.2,DD3.3). Выбор функции осуществляется с помо­щью переключателяSB3, элементDD3.4 ин­вертирует сигнал функции, а инверсия функ­ции выбирается переключателемSB4.

Одновременно тестовая последователь­ность с неинвертирующих выходов триггеров DD2.1, DD2.2подается на входы всех логических элементов (ЛЭ) проверяемой микросхемыDD5, размещенной в контактной панелиXS1. ТранзисторыVT1,VT2 усиливают ток низ­кого логического уровня до величины, достаточной для подключения четырех входов ЛЭ серий ТТЛ К155, К531 и др. РезисторыR4—R11защищают прибор и проверяемую микросхему при неправиль­ном ее включении, исключают влияние неисправных (короткозамкнутых на выво­ды питания) входов микросхемы на дру­гие входные цепи и дополнительно огра­ничивают величину ее входных токов.

Выходные сигналы с проверяемых ЛЭ микросхемы DD5подаются на входы ЛЭ сравнения микросхемыDD4. РезисторыR13—R16 проверяют нагрузочную способ­ность выходов DD5(для микросхем КМОП) и необходимы для проверки ЛЭ с выхо­дами типа "открытый коллектор" (ТТЛ). На другие входы ЛЭ сравнения поступает опорный сигнал выбранной логической функ­ции с переключателя SB4,а к выходам ЛЭ сравнения подключены светодиодыHL1—HL4, причем токоограничивающие резисто­ры для светодиодов не нужны, поскольку вы­ходной ток микросхемыDD4 ограничен на уровне нескольких миллиампер.

При равенстве проверяемого и опор­ного логических сигналов выходной сиг­нал ЛЭ сравнения равен нулю и светодиод не светится. Если же проверяемый и опорный сигналы различны, то соответ­ствующий ошибочному проверяемому сигналу ЛЭ сравнения высоким выходным уровнем включает светодиод, индицируя неисправность данного ЛЭ (точнее, отли­чие логической функции элемента от опорной). При полностью исправной микросхеме DD5все светодио­ды погашены, а при ошибке хотя бы в од­ном ЛЭ будет мигать или постоянно све­титься один или несколько светодиодов, сигнализируя о неисправности. Таким об­разом, данный логический тестер позво­лит выявить один неисправный ЛЭ при остальных годных, что может оказаться полезным в радиолюбительской практике.

В результате анализа схемы электрической принципиальной устройство можно разделить на основной модуль и модуль индикации.

2.3 Оценка элементной базы.

В проектируемом устройстве применяется интегральная и дискретная элементная база.

Интегральные микросхемы.

К561ЛЕ5 – цифровая интегральная схема широкого применения, изготовленная по полупроводниковой технологии, со штыревыми выводами, представляет собой четыре логических элемента «ИЛИ».

К561ЛП2 – цифровая интегральная схема широкого применения, изготовленная по полупроводниковой технологии, со штыревыми выводами, представляет собой четыре логических элемента «2ИСКЛ.ИЛИ».

К561ТМ2 – цифровая интегральная схема широкого применения, изготовленная по полупроводниковой технологии, со штыревыми выводами, представляет собой два D-триггера.

КР142ЕН5А – аналоговая интегральная схема широкого применения, изготовленная по полупроводниковой технологии, в пластмассовом корпусе, представляет собой стабилизатор напряжения с фиксированным выходным напряжением и защитой от перегрузок по току.

Резисторы МЛТ–0,125, металлопленочные лакированные теплостойкие, постоянные, непроволочные, предназначены для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного тока в качестве элементов навесного монтажа, рассеиваемая мощность 0,125 Вт.

Конденсаторы КМ6 керамические монолитные общего назначения. Характеризуются большой удельной мощностью, низкими потерями, высоким сопротивлением изоляции, стабильным ТКЕ. Применяются в цепях постоянного, переменного и импульсного тока.

Индикаторы.

Светоизлучающий диод АЛ307Б арсенид-галлий-алюминиевый в пластмассовом корпусе красного цвета свечения. Его характеристики:

сила света при Iпр= 10 мА 0,9 мкд;

температура окружающей среды от 213 до 343 К.

Светоизлучающий диод АЛ307В арсенид-галлий-алюминиевый в пластмассовом корпусе зеленого цвета свечения. Его характеристики:

сила света при Iпр= 20 мА 0,4 мкд;

температура окружающей среды от 213 до 343 К.

Транзистор КТ315А кремниевый эпитаксиально-планарный n-p-n усилительный высокочастотный маломощный в пластмассовом корпусе с гибкими выводами. Предназначен для работы в схемах усилителей высокой, промежуточной и низкой частоты. Его характеристики:

постоянная рассеиваемая мощность коллектора 150 мВт;

масса 0,18 г.

Транзистор КТ209К кремниевый эпитаксиально-планарный p-n-p маломощный в пластмассовом корпусе с гибкими выводами. Предназначен для работы в усилительных и импульсных микромодулях и блоках герметизированной аппаратуры. Его характеристики:

постоянная рассеиваемая мощность коллектора200 мВт;

масса 0,3 г.

Технические условия и характеристики элементной базы приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Технические условия и характеристики элементной базы

Название

элемента

Характеристики

Напряжение питания, В

Диапазон температур, 0С

Влажность

воздуха, %

Интегральные схемы

К142

8…15

-45 … +100

98% при 25

К561

5

-60 … +125

98% при 25 0С

Резистор

МЛТ-0,125

-60 … +70

98% при 20 0С

Конденсатор КМ6

-60 … +125

98% при 35 0С

Транзисторы

КТ315А

-60 … +100

98% при 35 0С

КТ209К

-45 … +100

98% при 25 0С

Индикатор АЛ307

-60 … +70

98% при 25 0С

Сравнивая условия эксплуатации и технические условия на использование элементной базы, можно сделать вывод, что проектируемое устройство можно эксплуатировать при следующих условиях:

Температура,

0С -45 … +70;

влажность воздуха, 98% при 20 0С.

Это соответствует требованиям технического задания.

studfiles.net

2. Описание электрической схемы | Fermer.Ru - Фермер.Ру - Главный фермерский портал

Вся схема блока управления (рис. 2) разбита следующим образом: U1, U2, A1…A7, R1…R4 размещены на первой плате (БИТВ), D1…D7, A8, A9 на второй плате (БУПВС) и блок питания A11 на третьей плате. Блоки A10…A13, элементы коммутации и индикации размещены и выполнены объемным монтажом в корпусе.

Рис. 2. Схема электрическая инкубатора А-120Б.

Все платы размещены в отдельном корпусе, где внешние соединения между платами, датчиками и исполнительными устройствами выполнены посредством разъемов. Данное решение вызвано необходимостью оперативной замены неисправной платы блока управления исправной платой за считанные минуты, что позволяет обеспечить страховку в критических ситуациях.

Измерение температуры в канале сухого и влажного термометров (рис. 3) основано на зависимости падения напряжения на P-N переходе от температуры при фиксированной величине тока (на схеме в качестве датчиков температуры изображены диоды VD2 и VD3). За основу взята схема из [3], где был доработан узел стабильного тока, а схема усилителя постоянного тока переведена на однополярное питание и был разработан блок образцовых напряжений. В узле стабильного тока токоограничивающий резистор был заменен генератором стабильного тока на ОУ (DA2.2, DA3.2), за основу взята схема изображенной на рис. 2.7б. из [4], которая также переведена на однополярное питание. В усилитель постоянного тока (ОУ DA2.4, DA3.4) тоже были внесены изменения по цепи смещения уровня напряжения.


Рис. 3. Схема электрическая блока измерения температуры и влажности

Включение компаратора напряжения (DA4.3, DA4.4) стандартное, работающие на усилитель (VT2) с оптронной нагрузкой. В оптронный узел (VU1) для управления симистором внесена доработка: в коллектор транзистора параллельно светодиоду включен резистор R48. Это связано с тем, что при погашенном светодиоде цепь коллектора оказывается разорванной и это ведет к неконтролируемому включению оптрона под воздействием помех, несмотря на выключенное состояние транзистора. Включение резистора исключает разрыв цепи при погашенном светодиоде и цепь коллектора делает оптрон менее восприимчивым к наводимым импульсным помехам.

В большинстве схем терморегуляторов питание осуществляется интегральными стабилизаторами серии КР142, где зачастую они применяется и для питания измерительных мостов с датчиками температуры. Подобное решение вызывает погрешность работы схемы, особенно для ситуации, когда потребление тока в схеме изменяется скачками (например, включение или выключение сильноточных реле), которые влекут за собой изменение порога образцового напряжения для компаратора. Поэтому получить точность поддержки температуры лучше, чем 0,3…0,4C сложно. С другой стороны изменение окружающей температуры также влияет на точность поддержки температуры, ухудшая еще на 0,05…0,1C.

Для уменьшения зависимости от скачков напряжения в сети, температуры и влияние тока нагрузки применена двойная стабилизация образцового напряжения. Для уменьшения влияния внешней температуры в параметрическом стабилизаторе применен прецизионный стабилитрон типа КС191Ф с наименьшим ТКС (0,0005%/К). Для устранения взаимного влияния цепей нагрузок и на параметрический стабилизатор напряжения применены усилители-повторители DA1.1…DA1.4.

Напряжение +9,1V служит в качестве опорного для преобразователей U/I и делителей. Усилитель DA1.1 обслуживает цепи канала сухого термометра, DA1.2 – цепи канала влажного термометра и DA1.4 – цепи оконного компаратора температуры. На выход DA1.2 дополнительно подключен делитель с отводами на 6V и 1V. Напряжение 6V создает потенциал “искусственная земля” для преобразователей U/I, напряжение 1V выполняет роль опорного напряжения для регулировки смещения усилителей DA2.4 и DA3.4, а также служит в качестве “общий” для клеммы входа “COM” вольтметра-индикатора температуры.

Оконный компаратор состоит из двух компараторов DA4.1 и DA4.2, включенных по стандартной схеме, с учетом специфики однополярного питания. Делители для задания верхнего и нижнего порога температуры сигнализации аналогичны тем, которые задают пороговую температуру регулирования в канале сухого и влажного термометров.

В БУПВ (рис. 4) генератор импульсов выполнен на DD2.1 с возможностью подстройки периода. Счетчик-делитель для поворота и сигнализации поворота выполнены на DD3 и DD4 типа К561ИЕ16. Применение указанного типа счетчиков вызвано необходимостью дискретной регулировки временных характеристик поворота, увлажнения и сигнализации поворота. Время поворота задается установкой перемычки в контакты “13”…“16” коммутационного поля, время сигнализации поворота задается установкой перемычки в контакты “1”…“4” и период увлажнения задается установкой перемычки в контакты “5”…“12”. Резисторы R6 и R8 служат для исключения на входах элементов DD1.2 и DD5.2 подвешенного состояния (обрыва) в момент перестановки перемычек.


Рис. 4 Схема электрическая блока поворота, увлажнения и сигнализации.

Узел увлажнения выполнен на DD1.2, DD2.2, VT2. На DD2.2 выполнен одновибратор запускаемый по фронту, где длительность открытия электроклапана задается подстроечным резистором R9.

Узел сигнализации состоит из логики управления на DD5.1…DD5.3 и звукового генератора на DD1.3, DD1.4 нагруженного на пьезоэлектрический излучатель. При необходимости звуковую сигнализацию можно отключить выключателем SA2, соединенного между X1.1 и общим проводом (см. рис. 2).

Управление узлом поворота производится с помощью контактов реле K1.1 (см. рис. 4), где положение контактов определяет направление поворота лотков.

Блок питания (рис. 5) состоит из выпрямительного моста на VD1…VD4, стабилизатора напряжения +12V на DA2, узла формирования тока заряда аккумулятора на DA1, узла сравнения на DA3.3, электронного ключа зарядки на VT1 VT2, узла индикации заряда аккумулятора на DA3.4, узла сигнализации напряжения сети на DA3.2 и маломощного преобразователя напряжения на, выполненного на DA3.1, VT3, T1 и DA4.

Рис. 5. Схема электрическая принципиальная блока питания с резервированием.

Узел формирования тока заряда аккумулятора представляет стабилизатор напряжения с регулируемым выходом, где величина тока заряда образуется за счет разницы напряжений на аккумуляторе и выхода стабилизатора. Выходное напряжение стабилизатора на DA1 регулируют с помощью резистора R3.
Узел сравнения служит для сравнения напряжения на делителе R13, R14 стабилизатора +12V и на делителе аккумулятора R17, R18 и вырабатывает управляющий сигнал для включения/выключения электронного ключа зарядки в зависимости от знака разницы напряжений между аккумулятором и делителя R13, R14.
Узел индикации заряда аккумулятора предназначен для указания режима аккумулятора заряд/хранение и особых примечаний не имеет.

Узел сигнализации напряжения в сети введен в схему блока питания в качестве дополнительного сервиса и его работа основана на сравнении напряжения RC цепочки C9, C10, R28 и делителя R15, R16. Если напряжение в сети отсутствует, то компаратор DA3.2 зафиксирует UR15R16>UVD12 и выдаст открывающий сигнал на транзистор VT4, у которого в цепь коллектора включен пьезоэлектрическая сирена (подобные устройства применяются в системах оповещения и сигнализации) или обмотка реле на 12 V, контакты которого управляют электрическим звонком. Если напряжение в сети присутствует, то компаратор DA3.2 зафиксирует UR15R16

Преобразователь напряжения выполнен на компараторе DA3.2, VT3, трансформаторе T1, выпрямителе VD10, C7, C8 и стабилизатор DA4. Резистор R29 служит для подгонки выходного напряжения DA4 с точностью +/-0,1V.
Стабилизатор напряжения 12V выполнен по стандартной схеме с дополнительным резистором для подгонки выходного напряжения с точностью +/-0,05V.

В качестве аккумулятора GB1 применен герметический свинцовый аккумулятор емкостью 2 A•h, который обеспечит питание электронной части на протяжении 2…3 суток. Применение аккумулятора большей емкости, например автомобильного с емкостью 55 A•h встречает затруднения, так как компоненты узла формирования тока заряда в лучшем случае обеспечивает ток зарядки до 1 А. Если пользователя устраивает более длительное время заряда аккумулятора (48…72 часов) с меньшим током, то данная схема вполне подойдет.

В силовой части (рис. 6) для управления нагревателя EK1 и увлажнителя Y1 применено оптронное управление симистором по стандартной схеме. Резисторы R1 и R3 служат для ограничения тока оптодинистора, а R2 и R4 устраняют ложные включения симсторов VS1 и VS2 при отключении нагрузок.

Рис. 6. Схема силовой части с сетевым питанием.

Расположение концевых датчиков схемы управления поворотом лотков показано в составе упрощенной кинематической схемы (рис. 7). Лотки 5 составляют в единую конструкцию в виде барабана, которая вращается на оси 6. На заднем торце оси 6 зафиксировано зубчатое полуколесо 4 с выступом 3, которое надавливает на концевой датчик SQ1 (для горизонтального положения), а боковые поверхности колеса надавливают на концевой датчик SQ2 (крайнее левое положение) и SQ3 (крайнее правое положение). Поворот осуществляется через зубчатую передачу 2 от двигателя со встроенным редуктором 1.

Рис. 7. Расположение концевых датчиков для управления поворотом.

Переключение направление поворота задается положением контактной группы реле K1 (см. рис. 4), которая перебрасывается с периодом 1 час (2 часа) для автоматического режима. В ручном режиме поворот осуществляется переводом в противоположное положение переключателя SА2 (см. рис 6). Фазировку обмоток двигателя надо выбрать образом, чтобы цепь питания двигателя размыкалось тем концевым выключателем, к которому приближается боковая поверхность зубчатого колеса при повороте.
Для перевода лотков в горизонтальное положение необходимо перевести в нижнее положение выключатель SА1 (см. рис. 6) и перевести SА2 в противоположное положение. При движении лотков (см. рис. 7) к противоположному положению выступ 3 полуколеса 4 надавит на концевой переключатель SQ1 и разомкнет цепь питания двигателя поворота. При необходимости полную блокировку поворота производят выключателем SА3.
Для ситуаций, когда в электроснабжении есть перебои, питание силовой части можно перевести на питание от аккумулятора (рис. 8).

Рис. 8. Схема силовой части с аккумуляторным питанием.

Для возможности ручного поворота в цепь реле K1 БУПВС внесены изменения: введен переключатель S1’ для режима “Автоматический/ручной” и S2’ для смены направления поворота (доработка выделена прерывистой линией). Соответственно нагреватель, электроклапан увлажнения, вентилятор для конвекции и двигатель поворота должны быть предусмотрены для постоянного напряжения +12V, а для аккумулятора должно быть предусмотрено устройство подзарядки, аналогичное узлу подзарядки в составе блока питания рассмотренного выше. Управление нагревателем и элетроклапаном увлажнения для совместимости с сетевым вариантом оставлено оптронным, кроме того, помехоустойчивость лучше по сравнению с релейным управлением (нет искрения в моменты включение/отключение нагревателя).

fermer.ru

2 Анализ схемы электрической принципиальной и описание принципа работы изделия

2.1 Анализ схемы электрической принципиальной

При анализе схемы электрической принципиальной следует определить токи и напряжения, действующие в каждой цепи устройства. Это необходимо для оптимального подбора элементной базы для будущего функционального узла. Как видно из пункта 1, необходимо определить мощности рассеивания для резисторов, рабочие напряжения на конденсаторах и выпрямительном диоде и диодных мостах.

В виду того, что схема работает от переменного напряжения не более 20 В и после диодного моста выпрямленное напряжение будет не более 18 В, ясно, что на резисторе R1 напряжение будет не более 14В. Зная сопротивление резистора R1, определим рассеиваемую на нем мощность:

Р1=IU=I2R1=U2/R=142/1000=0.196 Вт (1)

где I – ток, протекающий через элемент;

U – напряжение на элементе;

R1 – сопротивление резистора.

Таким образом, резистор R1 необходимо брать на 0,25 Вт.

Через резистор R2 потечет маленький ток порядка0,001 А. По формуле (1) определим рассеиваемую на нем мощность:

Р2= I2R2=0,0012510=0,00051 Вт (2)

Таким образом, резисторы R2 необходимо брать на 0,125 Вт.

Из схемы видно так же, что в цепи стабилитрона VD3-4 действуют малые ток и напряжение, следовательно, достаточно использование маломощного диода. Максимальное напряжение на конденсаторе С1 небольше18 В, следовательно с учетом запаса прочности следует применить конденсатор на 25 В. Конденсаторы С2 и С3 целесообразно брать на 25 В.

В цепи резисторов R4,R5,R8 действует максимальное напряжение не более 30 В, следовательно, мощность рассеивания будет малой и вполне достаточно применение резисторов на 0,125 Вт.

В цепи резистора R6 действует напряжение около 10 В следовательно достаточно использовать резистор мощностью 0,5 Вт. Через резисторы R7,R9,R10,R11,R14,R15,R16,R17 течет малый ток, следовательно, достаточно использовать резисторы мощностью 0,125 Вт.

Транзистор VT1 требуется малой мощности, но высокой частоты, а транзистор VT2 тоже малой мощности, но низкочастотный.

К транзистору VT3 при короткозамкнутой нагрузке может прикладываться напряжение до 12 В. Значит, максимально допустимое напряжение между стоком и истоком транзистора должно быть на 10-20% больше 12 В (около 15 В).

Диодные мосты VD1-2 необходимы с учетом входного напряжения до 20 В и входным током до 24 мА.

Стабилитроны VD3-4 выбираем в соответствии с техническим заданием с напряжением стабилизации 13 В.

Светоизлучающий диод любой видимого диапазона.

Тиристор VS1 импульсный с рабочим напряжением 50 В, напряжение открытия 2,5 В.

Кроме того, необходимо учесть, что трансформатор Т1 необходимо вынести за пределы функционального узла. Все остальные элементы будут располагаться непосредственно на печатной плате устройства.

2.2 Описание принципа работы узла

Рассмотрим работу устройства. Данным устройством является блок питания предназначенный для питания бытовой радио электронной аппаратуры с выходным напряжением 12 В. Основными элементами устройства являются операционный усилитель, аналоговый перемножитель в интегральном исполнении и транзисторы.

studfiles.net

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *