Фазоимпульсный модулятор на тиристорах

Курсовая работа по курсу: “Электроника”

Московский Авиационный Институт имени Серго Орджоникидзе

Кафедра 301

Москва 2000 год.

Схема устройства:

R1

Uп

Uвх -

- VT1 R2 RH C2 R4 R7

VT2 VT3

T1 T2  

C1 R3 R6 C3

Технические данные:

Напряжение питания схемы: Eп = ± 27В

Условия эксплуатации: температура, °С (-50 ÷ +60)

Частота работы схемы: f =  Гц

Временные диаграммы.

Введение.

Данное устройство предназначено для фазоимпульсной модуляции.

Генератор пилообразного напряжения выполнен на транзисторе VT1 и двухбазовом диоде (или однопереходном транзисторе) VT2, конденсаторе С1 и резисторе R3.

Угол отсечки регулируется с помощью второго однопереходного транзистора VT3, на котором также построен генератор импульсов.

Схема довольно проста, легко настраивается и перестраивается, обладает высокой надежностью.

Применяется для регулирования тока (напряжения) накала в печах.

Краткое описание работы.

Схему можно разбить на три основных функциональных блока.

2.1.Описание работы устройства.

Генератор пилообразного напряжения, построенный на транзисторе VT1, конденсаторе С1 и резисторе R1, вырабатывает импульсы, подаваемые на однопереходный транзистор ОПТ, который в свою очередь открывает на время транзистор VT4, обеспечивающий подачу импульсов продолжительности t на нагрузку RH. Для фазовой модуляции импульсов используется схема на ОПТ VT3.

2.2.Описание работы генератора пилообразного напряжения.

При подключении напряжения UBX на транзистор VT1 конденсатор С1 начинает заряжаться через транзистор и резистор R1 до напряжения U(t1),определяемого величиной напряжения включения ОПТ.

Зарядившись до указанной величины конденсатор С1 начнет разряжаться через ОПТ VT2 и резистор R3.

2.3.Описание работы генератора импульсов.

При подаче напряжения на транзистор VT1 тиристор VT4 и двухбазовый диод (ОПТ) VT2 остаются запертыми, а конденсатор С1 начнет заряжаться через открытый транзистор VT1 и резистор R1. При достижении величины напряжение UЭ ВКЛ , при котором эммиттер - база 1 ОПТ VT2 окажется открытым. В этот момент включается VT2 и конденсатор С1 разряжается через цепь эмиттер-база1 VT2 и резистор R3.

Импульс, снимаемый с этого резистора, отопрет тиристор VT4 и напряжение источника питания окажется приложенным к нагрузке. Пока ток нагрузки IH>IУД тиристор остается открытым. Длительность задержки:

.

Когда открыт VT4, ток через нагрузку RH заряжает конденсатор С2 по цепи R4-C2-VT4. После заряда конденсатора С2 и отпирания VT5 от генератора модулирующего сигнала, конденсаторС2 подключается параллельно тиристору. Продолжительность заряда.При этом положительная обкладка конденсатора С2 окажется подключенной к катоду, а отрицательная – к аноду. Т.о. к прибору прикладывается обратное напряжение . В цепи, образованной конденсатором VT5 и тиристором VT4 возникает обратный ток, который проходит через прибор в обратном направлении. Когда результирующий ток прибора становится меньше IУД, последний запирается.

Должно быть

Емкость

,

где IПР А - прямой ток нагрузки τВЫКЛ, мкс.

При этом заряд одного импульса тока, где Е=UП

tТС мин для VT4, мкс 0,707С2R4

Если варьировать моментом отпирания тиристора, то ток через прибор и нагрузку будет протекать только в течение какой-то определенной части импульса. Так при небольшой задержке тиристор может быть отперт в начале импульса, при больших задержках – в любой точке импульса, либо в его конце. Тем самым можно регулировать средний за период ток, проходящий в нагрузке, от максимального почти до нуля. Такой способ управления называется фазовым регулированием или фазовым управлением, фазовым модулированием поскольку при этом изменяется сдвиг фаз между импульсом и началом протекания прямого тока.

Математическая модель устройства.

Генератор первообразного напряжения.

Рассмотрим процесс заряда – разряда емкости С1 в импульсном режиме.

(1)

(2)

Уравнение заряда конденсатора С1

(3)

Уравнение разряда конденсатора С1

(4)

Решая дифференциальные уравнения, получим:

, где время заряда емкости С1

- время разряда емкости С1

Решая эту систему получим выражение для амплитуды длительности импульса и периода через параметры схемы.

Выражение для амплитуды примет вид

Длительность импульса.

В таком случае период

Математическое описание блока формирующего импульсное напряжение на нагрузке.

Уравнение заряда емкости С2

(5)

Уравнение разряда емкости С2

(6)

Экспоненту заряда емкости С2 запишем в виде

, где  (7)

Экспонента разряда

, где (8)

Время заряда емкости С2

Время разряда

Период

(9)

(9)

Математическая модель всего устройства.

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

 (7)

где

(8)

где

(9)

 (9)