Проектирование фазоповоротной схемы

Рис 4.1 Фазоповоротная схема

Z_вн=4400 Ом

Находим х_с:

Принимаем

Находим R:

Принимаем

5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСТРОЙСТВА СРАВНЕНИЯ ДВУХ СИНУСОИДАЛЬНЫХ ВЕЛИЧИН

Рис. 5.1 Структурная схема двухполупериодного УС по фазе на принципе сравнения времени совпадения с заданным временем

На рис. 5.1 приведена схема УС, которое содержит преобразователи синусоидальных величин в разнополярные сигналы постоянного уровня П₁¸П₄, логические элементы И₁₍₊₎, И_2(-), ИЛИ, элементы времени ЭВ₁ и ЭВ₂, расширитель импульсов РИ, и выходной элемент ВЭ. Причем преобразователи П₁ и П₃ имеют положительное опорное напряжение, а преобразователи П₂ и П₄ – отрицательное. Логический элемент И₁₍₊₎ выполняет функции И для сигналов положительной полярности, а логический элемент И_2(-) – для сигналов отрицательной полярности, с инвертированием входного сигнала.

Условие срабатывания УС имеет вид

,

где t_гр – граничное время совпадения.

При t_гр = Т/4 характеристика срабатывания УС в плоскости W является прямая, совпадающая с осью мнимых величин.

5.1 Проектирование преобразователей синусоидального напряжения в разнополярные сигналы постоянного уровня П₁(П₃) и П₂(П₄).

Рис. 5.2 Принципиальная схема преобразователя

Рис. 5.3 Принципиальная схема преобразователя

5.1.1 Выбор операционного усилителя

Выбираем операционный усилитель К140УД7, который имеет следующие параметры

5.1.2 Выбор типа стабилитрона VD₁(VD₂,VD₃,VD₄).

Стабилитрон VD₁(VD₂,VD₃,VD₄).применяется, если максимальное значение напряжения на входе ОУ (U_{вх.ОУ.max}), больше максимально допустимого синфазного входного напряжения данного типа ОУ.

Выбор типа стабилитрона осуществляется по условию:

U_сф.max = 12 В, тогда U_ст £ U_{.сф max} = 12 В.

Поэтому выбираем стабилитрон VD₁(VD₂,VD₃,VD₄):

КС191А - U_ст = 9.1 В

5.1.3 Определение сопротивлений резисторов R₁и R₄,(R₇и R₁₀).

Сопротивление резистора R₁и R₄,( R₇и R₁₀).выбирается:

Т.к. синусоидальная величина подаётся на входы двух преобразователей, то по заданному сопротевлению нагрузки (R_н=44000 Ом), значение сопротивлений будет 2R_н.

Принимаем R₁= R₄ = R₇= R₁₀ = 2×R_н = 2× 44 =88 кОм

Для выбора типа резистора необходимо определить мощность рассеивания на нём.

Определим мощность на резисторах R₁и R₄:

Принимаем Р_R1 = Р_R4 = Р_R7 = Р_R10 = Р_{c ном} = 0.5 Вт

Проверка по мощности:

Выбранные сопротивления проходят проверку по мощности.

Окончательно принимаем сопротивления R₁, R₄, R₇ и R₁₀:

МЛТ-0.5-88К±5%

5.1.4 Определение сопротивлений R₂и R₃,(R_5, R_8, R₁₁и R_6, R_9, R₁₂).

Сопротивления резисторов R₂ и R₃ определяют значение порогового напряжения:

Для данного случая получаем:

Принимаем R₃ = 0.68 кОм

Определим мощность на резисторах R₂и R₃:

Принимаем Р_{R2 ном} = Р_{R3 ном} = Р_{c ном} = 0.125 Вт

Проверка по мощности:

Выбранные сопротивления проходят проверку по мощности.

Окончательно принимаем сопротивления:

R₂(R₅,R₈,R₁₁): МЛТ-0.125-100 К±5%

R₃(R₆,R₉,R₁₂): МЛТ-0.125-0.68 К±5%

Результаты выбора элементов преобразователей П1,П2,П3 и П4 сведены в таблицу 5.1

Таблица 5.1

Элемент	Обозначение	Тип
Операционный усилитель	-	К 140 УД 7
Стабилитрон	VD1,(VD2)	КС 191 А
Резистор	R1и R4,(R7и R10)	МЛТ-0.5- 88 К±5%
Резистор	R2и R3,(R5, R8, R11и R6, R9, R12)	МЛТ-0.125-100 К±5% МЛТ-0.125-0.68 К±5%

5.2 Проектирование логических элементов И₁₍₊₎, И_2(-).

Рис. 5.4 Принципиальная схема элемента И₁₍₊₎

Рис. 5.5 Принципиальная схема элемента И_2(-)

5.2.1 Выбор сопротивления резисторов R₁₃и R₁₅.

Сопротивления выбираются по условию получения входного тока логического элемента, не превышающего максимально допустимого значения выходного тока источника сигнала, и определяется оп условию

, где

n – коэффициент, учитывающий разброс значений сопротивления резистора, n = 0.05

Принимаем R₁₃ = 3.3 кОм

Определим мощность на резисторах R₁₃

Принимаем Р_R13 = Р_{c ном} = 0.5 Вт

Проверка по мощности:

Выбранные сопротивления проходят проверку по мощности.

Окончательно принимаем сопротивления R₁₃(R₁₅):

МЛТ-0.5-3.3 К±5%

5.2.2 Выбор сопротивления резисторов R₁₄и R₁₆.

Сопротивление резистора R₁₄ должно быть значительно больше сопротивления R₁₃, и его выбирают по выражению

Принимаем R₁₄ = R₁₆ = 33 кОм

Окончательно принимаем сопротивления R₁₄(R₁₆):

МЛТ-0.125-33 К±5%

5.2.3 Выбор диодов VD₅ и VD₆ (VD₈ и VD₉).

Максимальный прямой ток диодов VD₃ и VD₄

,

Максимальное обратное напряжение:

Выбор диодов осуществляется с учетом выражений:

Выбираем диоды типа:

VD₅(VD₆): КД109А I_пр.доп = 0.3 А, U_обр = 100 В

VD₈(VD₉): КД109А I_пр.доп = 0.3 А, U_обр = 100 В

5.2.4 Выбор типа стабилитрона VD₇(VD₁₀).

Стабилитрон VD₇(VD₁₀) применяется, если максимальное значение напряжения на входе ОУ (U_{вх.ОУ.max}), больше максимально допустимого синфазного входного напряжения данного типа ОУ.

Выбор типа стабилитрона осуществляется по условию:

U_сф.max = 12 В, тогда U_ст £ U_{.сф max} = 12 В.

Поэтому выбираем стабилитрон VD₇(VD₁₀): КС191А. - U_ст = 9.1 В

Результаты выбора элементов логических элементов И₁₍₊₎, И_2(-) сведены в таблицу 5.2

Таблица 5.2

Элемент	Обозначение	Тип
Резистор	R13, (R15)	МЛТ-0.5-3.3 К±5%
Резистор	R14, (R16)	МЛТ-0.125-33 К±5%
Диод	VD5, (VD6)	КД 109 А
Диод	VD8, (VD9)	КД 109 А
Стабилитрон	VD7, (VD10)	КС 191 А

5.3 Проектирование элементов времени ЭВ₁ и ЭВ₂.

Рис. 5.6 Принципиальная схема элемента времени

Рис. 5.7 Принципиальная схема элемента времени

Данный элемент времени срабатывает при появлении на входе сигнала положительной полярности. Выходной сигнал также положительной полярности. Для того чтобы элемент времени срабатывал при появлении сигнала отрицательной полярности (ЭВ₂), номиналы резисторов R₁₇ и R₁₈ должны быть взаимно изменены.

5.3.1 Выбор сопротивления резистора R₁₈ (R₂₁) и емкости конденсатора .

Сопротивление резистора R₁₈ должно быть таким, чтобы максимальный входной ток ЭВ (I_{вх.ЭВ.max}) был меньше максимально допустимого выходного тока источника сигнала(I_ИС.доп)

Ток I_{вх.ЭВ.max} может быть определен по выражению

Отсюда сопротивление R₁₈ определится по формуле

Принимаем R₁₈ = 2.3 кОм

Определим мощность на резисторе R₁₈

Принимаем Р_R18 = Р_R21= Р_{c ном} = 0.125 Вт

Проверка по мощности:

Выбранное сопротивление проходит проверку по мощности.

Окончательно принимаем сопротивление R₁₈ (R₂₁):

МЛТ-0.125-2.3 К±5%

Для обеспечения быстрого разряда конденсатора С₁ и быстрого возврата ЭВ сопротивление резистора R₁₈ должно быть значительно меньше сопротивления R₁₇ (R₂₀).

, тогда

Сопротивление резистора R₁₇ и емкость определяют заданное время задержки (t_з) в соответствии с выражением

,

где t_з = Т/4 = 5 мс

Тогда сопротивление конденсатора определится

Принимаем R₁₇ = 23 кОм

Определим мощность на резисторе R₁₇

Принимаем Р_R17 = R₂₀= Р_{c ном} = 0.125 Вт

Проверка по мощности:

Выбранное сопротивление проходит проверку по мощности.

Окончательно принимаем сопротивление R₁₇ (R₂₀):

МЛТ-0.125-23 К±5%

Окончательно принимаем конденсатор типа С₁:

МБМ-М313И

5.3.2 Выбор сопротивления резистора R₁₉ (R₂₂).

Для того чтобы не влиять на процесс заряда-разряда конденсатора, сопротивление резистора R₁₉ должно быть значительно больше сопротивлений R₁₇ и R₁₈ и выбирается по выражению:

Окончательно принимаем сопротивление R₁₉ (R₂₂):

МЛТ-0.125-230 К±5%

5.3.3 Выбор диодов VD₁₁(VD₁₄) и VD₁₂(VD₁₅).

Максимальный ток диода VD₁₀ равен максимальному входному току элемента времени.

Номинальный ток диода VD₉ с запасом с целью упрощения можно принять

Максимальное обратное напряжение:

Выбор диодов осуществляется с учетом выражений:

Выбираем диоды типа VD₁₁(VD₁₄) и VD₁₂(VD₁₅):

КД109А I_пр.доп = 0.3 А, U_обр = 100 В

5.3.4 Выбор типа стабилитрона VD₁₃ (VD₁₆).

Стабилитрон VD₁₃ применяется, если максимальное значение напряжения на входе ОУ (U_{вх.ОУ.max}), больше максимально допустимого синфазного входного напряжения данного типа ОУ.

В нашем случае

U_сф.max = 12 В, тогда U_ст £ U_{.сф max} = 12 В.

Поэтому выбираем стабилитрон VD₁₁:

КС191А. - U_ст = 9.1 В

Результат выбора элементов элементов времени ЭВ₁ и ЭВ₂ сведены в таблицу 5.3

Таблица 5.3

Элемент	Обозначение	Тип
Резистор	R17, (R20)	МЛТ-0.125-2.3 К±5%
Резистор	R18, (R21)	МЛТ-0.125-23 К±5%
Резистор	R19, (R22)	МЛТ-0.125-230 К±5%
Конденсатор	С1, (С2)	МБМ-М313И
Стабилитрон	VD13, (VD16)	КС 191 А
Диод	VD11, (VD14) VD12, (VD15)	КД 109 А