РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

3. РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

Шунт Rs выбирали исходя из того, что падение напряжения на нем не должно быть слишком большим для входного транзистора одовибратора. Для одновибраторов применили готовое схемотехническое решение, номиналы элементов которых рассчитываются для значений параметров срабатывания и отпускания реле. Операционный усилитель выбирали из справочника по его выходному току. В данной схеме применена транзисторная оптопара выходной ток, которой не должен быть меньше базового тока выходного транзистора в режиме насыщения. На рис. 3.1. приведена полученная в результате анализа электрическая схема реле.

 Электрическая схема реле тока.

4. РАСЧЕТ НОМИНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ СХЕМЫ

Выходной транзистор схемы выбрали из условий, максимальный коллекторный ток не должен быть меньше максимального коммутируемого тока и напряжение насыщения коллектор-эмиттер должно быть как можно меньше иначе будут выделяться значительные тепловые потери, что привело бы к необходимости радиатора. Согласно вышеописанным условиям по справочнику выбрали транзистор КТ808А, его коллекторный ток постоянный Iк – 10 А, а коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером приняли равным h_21Э = 55. Резистор R6 является термокомпенсирующим, диапазон его значений от 0,1 до 1МОм, R6 = 0,5 МОм. Далее по формуле 4.1. рассчитали ток базы выходного транзистора для того чтобы выбрать оптопару.

I_Б = Iк / h_21Э = 10 / 55 = 0,18 А; (4.1.)

По найденному значению базового тока в справочнике выбрали оптопару. Этому значению удовлетворяла транзисторная оптопара АОТ110А, её максимальный выходной ток равен I_вых = 200 мА. Так как сопротивление R6 велико, то ток через резистор R9 будет больше тока через R6, следовательно сопротивление R9 определили по формуле 4.2.: R9 = U_{БЭнасVT3} / (I_вых - I_Б) = 1,4×10³/ (20-18) = 700 Ом; (4.2.) где U_{БЭнасVT3} – справочный параметр, В; I_вых – выходной ток оптопары - справочный параметр, мА; I_Б – ток базы VT3 – справочный параметр, мА; R9 выбираем из номинального ряда R9 = 680 Ом. Также из справочника взяли данные по входному току I_вх = 20 мА. По входному току оптопары, который является выходным для операционного усилителя выбрали операционный усилитель К140УД9. Выходной ток данного операционного усилителя равен I_выхОУ = 22 мА. Сопротивление резистора R1 определили по формуле 4.3.:

R1 = (Е_п – U_вх) / I_выхОУ = (15 – 2) × 10³ / 22 = 590 Ом; (4.3.)

где

Еп – напряжение питания - 15 В;

U_вх – входное напряжение оптопары – справочный параметр, В;

I_выхОУ – выходной ток операционного усилителя – справочный параметр, мА;

Для расчета одновибраторов выбрали по справочнику транзистор выходной ток которого незначительно превосходит входной ток операционного усилителя. Выбрали транзистор КТ333А. Из условия Iк2 < Iкmax = 20 мА определили коллекторные токи транзисторов VT4 и VT5, получили Iк2 = 10 мА. Исходя из обеспечения режима насыщения приняли I_б2 = 0,2 мА. Рассчитали суммарное сопротивление по формуле 4.4.:

R_к2 + R_Э = (Е_п - U_КЭнас) / I_R2 = (15-0,2) / 10× 10^-3 = 1480 Ом; (4.4.)

Из условия R_к2 > R_Э выбрали значения резисторов согласно номинальному ряду R_к2 = 1,2 кОм, R_Э = 300 Ом. Согласно вышеописанному расчету получили сопротивления: R₁₃= R₁₅ = 1,2 кОм и R₅ = 300 Ом. Задавшись током делителя Iд = 1 мА по формуле 4.5. рассчитали суммарное сопротивление резисторов R₂ и R₃:

R2 + R3 = Uп / Iд = 15 / 10^-3 = 15 к Ом; (4.5.)

При закрытом транзисторе VT1 (VT2 – для второго одновибратора):

 

Выбрали R3 = R8 = 1 кОм;

Тогда R2 рассчитали по формуле 4.6.:

(R3+R2) - R3 = 15 – 1 = 14 кОм; (4.6.)

Получили: R2 = R7 = 14 кОм;

Сопротивление R1 определили по формуле 4.7.:

 

Получили R10 = R14 = 56 кОм;

Емкости конденсаторов С1 и С2 выбирали исходя из того, чтобы время восстановления одновибратора было малым. Приняли С1=С2= 0,01 пкФ. Сопротивление резисторов R4 = R11 = 3,75 кОм.

Для одновибратора срабатывающего при входном токе в 150 А сопротивление эмиттера R11 приняли равным 480 Ом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе было спроектировано реле тока, которое срабатывало при входном токе в 100 А и отключалось при 150 А. В данном реле было одновибраторы были построены на дискретных элементах. Существенно сократить и упростить расчет позволяет применение интегральных микросхем, так как тогда он сводится только к выбору микросхем. По рассчитанным в работе величинам выбрали значения элементов из номинального ряда. Схема электрическая принципиальная полученного по итогам расчетов реле тока приведена в приложении, также приведены печатная плата и сборочный чертеж.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Быстров Ю. А., Мироненко И.Г. Электронные цепи и устройства: Учебное пособие для электротехнических и энергетических вузов. – М.: Высшая школа., 1989 г. 287 с.

2. Воробьев Н.И Проектирование электронных устройств: Учебное пособие. – М.: Высшая школа., 1989. – 223 с.

3. Аналоговые интегральные микросхемы: Справочник / Б.П. Кудряшов, Ю.В. Назаров, Б.В. Тарабрин, В.А. Ушибышев. – М.: Радио и связь, 1981.-160 с.

4. Справочник по электронике для молодого рабочего: 4-е издание, переработанное и дополненное. – М.: Высшая школа., 1987. – 272 с.