Розрахунок компаратора

1.2.5 Розрахунок компаратора

Для формування імпульсу при порівнянні вхідної напруги від ГЛЗH і вихідної, що задає зсув на кут a, використаємо такий же компаратор, як і для нуль-органа з тією лиш відміною, що на нього будемо подавати не нульове опорне значення напруги, а значення, що лежить в межах від 0 В до +15 В (рис.9).

Резистор R₁ і послідовне з'єднання резисторів R₂ i R₃ виконують роль симетруючих вхідний струм мікросхеми. Крім того нижній симетруючий резистор розбитий на дві частини (R₂, R₃). Резистор R₃ виконує роль захисного. При перевищенні на вході схеми значення U_0n (більше +15 В, або менше -15 В) надлишкова напруга, що перебільшує значення ±15 В впаде на резисторі R₃, пропускаючи струм в джерело живлення ±15 В через діоди VD1 або VD2.

Перевищення вхідної напруги ±35 В можуть задовольнити діоди КД202Г з приведеними вище параметрами.

R₂ = R₃ = 2,2 кОм; R₁ = 4,7 кОм.

Фільтруючі ємності, як і в попередніх схемах, вибираємо по 47 нФ.

Рис.9. Схема компаратора

1.2.6 Розрахунок диференціюючої ланки

Для запуску одновібратора використовуємо диференцюючу ланку на основі R-С елементів (рис. 10). Враховуючи, що в наступній схемі будемо використовувати мікросхему на операційному підсилювачі К140УД7 з вхідною диференціальною напругою не перевищуючою ±12 В, R-С ланку виконаємо з двох резисторів, створюючи з них також дільник напруги. Встановимо параметри для дільника U_вих = 5 В, Е = І5 В. Задаємось резистором R₁ = 12 кОм. Тоді вихідна напруга буде залежати ще й від двох резисторів дільника R₂ і R₃ – вхідного опору наступної схеми.

U_c(t) = U_c(-¥) – [U_c(¥) – U_c(0)]×e^-t/t.

Для нашої схеми враховуючи, що компаратор з відкритим колектором коротить точку з'єднання R₁ і С на спільний провід, а при наявності вхідного сигналу знімає вказану закоротку, маємо: U_c = E; U_c(0) = 0;

U_c(t) = E - E×e^-t/t = E(1 – e^-t/t).

Тоді напруга на обох резисторах

U = E - U_c(t)= E.

З урахуванням

де t = (R₁+R_2с)×C, R_2с = R₂ // R₃

Для отримання U_вих0 = 4 В в початковий момент часу необхідно виконати умову:

.

Звідси

R_2с = (U_вих0×R₁)/(E – U_вих0) = (4×12·10³)/(15-4) = 4,36 кОм

Рис.10. Диференціююча ланка

При R₂ = R_3, враховуючи R_2с = R₂/2, одержуємо R₂ = 2×R_2с = 8,73 кОм.

Вибираємо R₂ = R₃=8,2 кОм.

Знайдемо ємність конденсатора при тривалості імпульсу 10 мкс, заданій при половинній вихідній напрузі від свого початкового значення.

U_вих0/2 = U_вих0×e^{-t/((R1+R2/2)×C)}

C = -t/((R₁+ R₂/2)·ln(0,5)) = 8,96 нФ

Вибираємо ємність C = 9,1 нФ.

Для виключення можливості попадання імпульсів зворотної полярності в схему наступного каскаду використовуємо діод КД202Г з вище приведеними даними.

Знайдемо величину струмового навантаження попереднього каскаду:

I_вих = E/R₁ + E/R₂ = 15×(1/1,2×10⁴ + 1/0,82×10⁴) = 3,08 мА.

Обчислене значення значно менше максимального струму компаратора 200 мА.

1.2.6 Розрахунок одновібратора

Тривалість імпульсу одновібратора складається з тривалості імпульсу вмикання тиристора t = 4 мкс i тривалості формування фронту вихідного каскаду t_f = 16,5 мкc.

Амплітуда вихідного сигналу U_вих повинна бути не менше 10 В.

Для одновібратора (рис. 11) виберемо операційний підсилювач такий же, як і для схеми ГЛЗН К140УД7 з вище вказаними параметрами.

Рис.11. Схема одновібратора

Задаючись мінімально необхідним значенням сигналу U_вх = 2 В, знаходимо відношення вихідного сигналу до вхідного :

c = U_вх/U_вих = 2/10 = 0,2.

За вказаним значенням c знайдемо значення R₂ при значенні R₁ = 12 кОм, заданого при розрахунку попередньої схеми.

R₂ = R₁×(1 - c)/c = 1,2×10⁴×(1-0,2)/0,2 = 48 кОм.

Виберемо R₂ = 47 кОм.

Із співвідношення , задавшись ємністю конденсатора С₁=13 нФ, знайдемо значення опору R₃ :

R3 =(t+tф)/C1·ln(1/(1-c))=7,07 кОм

Виберемо значення R₃ = 7,5 кОм.

При заданій вихідній напрузі і опорi R₃ найбільший струм, що може пройти через діод становить:

I = U_вих/R₃ =10/7,5×10³ »1,3 мА.

Проходженню такого струму може задовольнити раніше вживаний діод КД202Г. Максимальний струм виходу мікросхеми :

Iвих=Iб+(1/(R2+R1)+1/R3) ×Uвих

Iвих=6,18×10^-3+10×(1/59×10³+1/7,5×10³)=7,76 мА.

Знайдене значення струму не перевищує максимального для мікросхеми 20 мА. Ємності С₂, С₃ – фільтруючі. Їх вибираємо аналогічно вище приведеним по 47 нФ.

Схема СІФК розроблена для керування тільки одним із шести тиристорів в межах регулювання a від 0 до 60°.

Література

1.  Забродин Ю.С. Промышленная электроника.– М.: Высшая школа, 1982.– 496с.

2.  Колонтаєвський Ю.П.,Сосков А.Г. Промислова електроніка та мікросхемотехніка: теорія і практикум.-К.:Каравела,2003.-368с.

3.  Руденко В.С., Сенько В.Н., Трифонюк В.В., Юдин Е.Е. Промышленная электроника.– К.: Техника, 1979.– 499 с.

4.  Руденко В.С., Сеньков В.Н., Чиженко И.М. Основы преобразовательной техники.– М.: Машиностроение, 1994.

5.  Триполитов С.В., Ермилов А.В. Микросхемы, диоды, транзисторы (справочник.).– М.: Машиностроение, 1994.

6.  Григорьев О.П., Замятин В.Я., Кондратьев Б.В., Пожидаев С.Л. Тиристоры (справочник).– М.: Радиосвязь, 1990.– 270 с.

7.  Интегральные микросхемы: Справочник/ Б.В. Тарабрин, Л.Ф. Лунин и др. Под ред. Б.В. Тарабрина.– М.: Радио и связь, 1984.– 528с.

8.  Чебовский О.Г. и др. Силовые полупроводниковые приборы: Справочник/ 2-е изд., перераб. и доп.– М.: Энергоатомиздат, 1985.– 400с.

9.  Аксенов А. И., Нефедов А. В. Отечественные полупроводниковые приборы / Аксенов А.И., Нефедов А.В.– 3-е изд., перераб. и доп.– М.: СОЛОН-Р, 2002.

10.  Герасимов В.Г. и др. Основы промышленной электроники. - М:Высшая школа,1986.-336с.