Схема триггера Шмитта на ОУ (регенеративный компаратор)

Рис. 5

Переключение схемы в состояние происходит при достижении U_вх значения U_ср, а возвращение в исходное состояние при снижении U_вх до U_отп. Значения этих напряжений:

Расчет схемы состоит в определении U_оп, R₁, R₂, R₃. Значения U_ср и U_отп найдены при расчете предшествующего блока. Поскольку уравнений два, а неизвестных – три, следует задаться значением одного из резисторов.

R1= 10 кОм (Рекомендуется задаться R₁=5¸50 кОм)

R2= 306 кОм (Из формул (1) (2) путем вычисления системы математических. уравнений)

Из формулы (1) получим U_оп

Сопротивление R₃ определяется по формуле:

Источник U_оп

Рис. 6

При расчете цепи следует задаться значением R₂ на порядок меньшим входного сопротивления компаратора: R₂=20 кОм,

После чего найдем R₁:

Характеристика компаратора

Рис. 7

2.5 Выходной усилитель

В качестве ВУ может использоваться усилитель на транзисторе с ОЭ, в коллекторную цепь которого включается лампа накаливания. Транзистор работает в ключевом режиме.

Выходной усилитель

Рис. 8

При его расчете задается значение Е_k, не менее номинального значения напряжения питания U_н лампы Н. Если Е_k>U_н, устанавливается балластный резистор R_б. Ток коллектора транзистора:

,

где - номинальное сопротивление лампы; здесь I_н – номинальный ток лампы.

Из этого выражения находится R_б.

Е_к выбираем равным 6,3 В

т. к. Е_к =6,3; R_б – не требуется.

Выбираем транзистор VT с соблюдением условий:

Возьмем транзистор КТ 814 А, для которого эти условия соблюдаются. Используем составной транзистор.

Таблица 3

Тип транзистора	Ukэmax, В	Ikmax, мА	В, (h21э)	Iko, мкА	Тип проводимости	tmax, 0С	Pkmax, мВт
КТ814 А			³ 40		p-n-p

где к=1,1…1,3 – коэффициент запаса по насыщению;

Находим R₁:

где - выходное напряжение СУ при срабатывании;

- выходное сопротивление СУ.

3 Расчет блока питания

3.1 Структурная схема и таблица нагрузок блока питания

Структурная схема БП

Рис. 9

Блок питания является важнейшим элементом УКС, предназначен для обеспечения всех его элементов питающим напряжением заданного качества.

Составим таблицу нагрузок БП

Таблица 4

Параметр Потребитель	Напряжение питания, Uн, В	Допустимое изменение напряжения питания, (В)	Потребляемый ток	Коэффициент пульсаций, kп, %
минимальный, , мА	максимальный, , мА
1. Датчик	+15	±2 (0,3)
2. ПУ	+15 -15	±2 (0,3) ±2 (0,3)	2,8 2,8	2,8 2,8
3. СУ	+15 -15	±2 (0,3) ±2 (0,3)	2,8 2,8	3,1 3,1
4. ЗУ	+15 -15	±2 (0,3)	0,09	0,09
5. ВУ	-6,3	±10 (0,6)
6. СПП	-6,3	±10 (0,6)

Выбираем в качестве СПП светодиод зеленого цвета свечения

Таблица 5

Тип диода	Iпр max, A	Uобр max, В	Iобр max, mA	Uпр, В	Примечание
АЛ307 В	0,022		–	2,8	зеленый

3.2 Расчет стабилизаторов

Расчет тока нагрузки по каналу +15 В

Т.к. I_Hmax+15£30 мА – выбираем параметрический стабилизатор (ПС) с маломощными стабилитронами;

Выбор стабилизатора по каналу -15 В

Т.к. I_Hmax-15£30 мА – выбираем параметрический стабилизатор (ПС) с маломощными стабилитронами;

В канале -6.3 В стабилизатор не нужен.

Для каналов ±15В выбираем одинаковые схемы стабилизаторов.

Параметрический стабилизатор напряжения

Рис.10

Из справочника выбираем стабилитроны (включенные последовательно) отвечающие условию:

где U_kci – напряжение стабилизации каждого отдельного стабилитрона.

Таблица 5

Тип стабилитрона	Uст, В, ± 10%	Iстmin, мА	Iстmax, мА	Rдин, Ом	ТКНст, %/0С
Д814 А					+0,07

Оценим изменение U_н под воздействием изменения температуры:

где a_ст – в процентах, со знаком;

t_max,⁰C – максимальная температура окружающей среды.

, удовлетворяет условиям.

Рассчитываем значения R_б и U_d. Напряжение U_d изменяется при изменении напряжения в сети в пределах от до . Так, если колебания сетевого напряжения составляют от –10% до +10%, то , а . Эти колебания можно выразить через коэффициенты:

где k₂=0,9 ; k₁=1,05.

В одном из двух возможных предельных режимов, когда ток нагрузки максимален , а напряжение U_d минимально, ток через стабилитрон будет минимальным. Он должен быть не менее . Для этого режима можно записать:

,

другой предельный режим будет иметь место, когда U_d максимально, а ток нагрузки минимален. в этом режиме ток через стабилитрон максимален:

в этом режиме ток через стабилитрон по условиям его безопасной работы не должен превысить предельного для него значения:

,

чтобы из этих уравнений найти R_б и U_d необходимо задать и

Значение задаем на уровне mA

Значение можно найти из следующих соображений:

,

Где ,

R_дин= R_дин1 + R_дин2=6+6=12.

Из этого следует что = 0,6 / 12 + 0,003 = 53 mA Берем = 36 mA

Решаем систему из двух уравнений (1) и (2)относительно R_б и U_d.

U_d=20,2 В ; R_б= 98,2 Ом.

Определяем коэффициент стабилизации стабилизатора:

Находим коэффициент пульсаций:

где k_п – коэффициент пульсаций на выходе стабилизатора.

Если по расчету получается , следует принять . Пульсации дополнительно снижают U_d, что может нарушить работу стабилизатора при . потому найденное ранее значение U_d следует увеличить на величину пульсаций, т.е. в (1+ ) раз, где - в относительных единицах.

Проверяем КПД стабилизатора:

,

где - ток потребления стабилизатора в номинальном режиме.

=27% т.к. > 20-25% значит стабилизатор подходит.

3.3 Расчет выпрямителей и фильтров

Для каналов + 15 В

U_d= 21,21 B I_d= 0,063 A k_n= f_c=50Гц

Определяем сопротивление нагрузки: R_н = U_d/I_d = 21,21/0,063 = 336,6 Ом

Таблица 6 Формулы для расчета выпрямителя с емкостным фильтром

Схема выпрямителя	Uобр	Iср	А	U2	I2
Двухполупериодная мостовая	U2	Id		BUd	DId

А, В, D - расчетные коэффициенты.