Скачать

Разработка компенсационного стабилизатора напряжения на базе операционного усилителя. Разработка цифрового

Многие электронные устройства, используемые в быту и на производстве требуют определенных параметров напряжения на входе, отличных от параметров сети. Для создания нужного напряжения и используют стабилизаторы напряжения, один из которых требуется разработать в первой части проекта. Стабилизатор разрабатывается на базе стандартных аналоговых элементов, выпускающихся серийно и может использоваться для работы с широким спектром устройств, требующих напряжения, укладывающегося в его выходной диапазон.

Дешифратор двоичного кода в шестнадцатеричный - это цифровое устройство, служащее для перевода данных из двоичного кода в шестнадцатеричный код. Такой дешифратор является необходимым элементом вычислительных устройств, а так же может быть использован для шифрации информации.


1 Компенсационный стабилизатор напряжения


1 . 1 Расчет трансформатора.

Трансформатор для данного устройства требуется для формирования на входе стабилизатора оптимального режима питания. На вход трансформатора поступает сетевое напряжение 220 В. На выходе требуется получить напряжение питания (с учетом падения на выпрямителе (2,4В), регулирующем элементе (2В) и резисторе защиты от КЗ R7 (0,6В), а так же с учетом допуска 15%), рассчитываемое по формуле:


Uп = (Uвыхmax+5В)/0,85 .


В соответствии с входными данными получаем значение Uп = 17В. Для подбора трансформатора по мощности используем формулу:


P = UпI2выхmax 1,1 = 230 Вт .

Наличие дополнительного отрицательного напряжения питания обусловлено особенностями операционного усилителя. Оно выбирается исходя из условия необходимости получения минимального напряжения на выходе ОУ менее 0,4 В (иначе на выходе стабилизатора мы не получим 0 В). С учетом допуска вполне достаточно Uп доп = 7 В.


1.2 Расчет выпрямителей

Выпрямитель напряжения основного питания был выбран мостовой. Для его нормальной работы необходимо правильно подобрать диоды исходя из следующих соотношений:

2Uобvmax> Uп*.

Pmax>Pвых.

Iпрmax>Iвыхmax.



Таким требованиям удовлетворяет диод КД 206 А (его параметры
Uобрmax=400 В, Iпрmax=10 A, Uпр<1.2 B).

Выпрямитель дополнительного питания был выбран однополупериодный, на основе полупроводникового питания был выбран однополупериодный на основе полупроводникового диода марки КД 102 А (Uобрmax=250 В, Iпрmax=100 A, Uпр<1 B)


1.3 Расчет фильтров

Для сглаживания пульсаций напряжения питания используются С – фильтры. Выбор емкости конденсатора для таких фильтров производится исходя из соотношения:

СТ/RН.


где Т – период пульсаций напряжения после выпрямителя.

RН – сопротивление условной нагрузки.

В свою очередь RН определяется по формуле


RН = Umin/Imax.


В данном случае С1 = 2500 мкФ, С2 = 20 мкФ.


1.4 Расчет стабилизатора

Стабилизатор состоит из источника опорного напряжения (ИОН), регулирующего элемента, элемента сравнения и схемы защиты от короткого замыкания. ИОН реализован на стабилитроне VD5, постоянных резисторах R1 и R2 и переменном R3. Стабилитрон VD5выберем КС156А (Uст= 5,6 В, Iст = 3..55 мА, Iстном = 10 мА, Рmax = 0,3 Вт).


На выходе ОУ необходимо сформировать сигнал 0 .. 10.2 В (с учетом потерь на база-эмитерном переходе и резисторе R6). Если подобрать коэффициент усиления Ку = 2, то с учетом Ку на входе ОУ необходимо сформировать напряжение 0..5.1 В. Исходя из этого подбираем делитель R2R3:



(R3/(R2 + R3))Uст = 5,1 В .


Пусть R3 = 1.2 кОм. Тогда R2 = 110 Ом.

Резистор R1 служит для формирования тока стабилизации и выбирается следующим образом:


R1 = (Uп min-Uст)/(Iст ном + Iн) = 910 Ом.


Регулирующий элемент реализован на основе транзистора VT1. Он выбирается исходя из следующих условий:


Рдоп < Pmax ,

Iкmax < Imax1,7 ,

Uкэmax > Uпmax .


В данном случае вполне подойдет КТ827А (Pдоп = 125 Вт, Uкэmax = 100 В, Iкmax = 20 А, 750).

Требуемый ток базы Iб = 3/750 = 4 мА.

Операционный усилитель DA1 выбираем исходя из ограничений:


Iвыхmax Iб,

Uвыхmax Umax + 1,2 В.


Таким требованиям удовлетворяет К140УД6. Его параметры: Iвыхmax = 25 мА, Uвыхmax = 11 В, Uп = 15 В, Iвх = 100 нА.

Выше был выбран коэффициент усиления Ку = 2, следовательно резисторы R4 и R5 должны быть равны. Выберем их номиналы по 2,4 кОм.


Схема защиты от КЗ реализована транзисторе VT2, резисторе R6

Исходя из условия, что при токе I = Imax1,2 3,5 А падение напряжения на резисторе R6 должно составлять примерно 0,63 В, имеем:


R6 = 0,63/3,5 = 0,18 Ом.


Транзистор VT2 надо подобрать так, чтобы:


Iкmax > Iоу вых max ,

Uкэ max > Uоу вых max ,

Pmax > Iоу вых maxUоу вых max1,7 = 0,46 Вт.


Под эти требования подходит транзистор КТ602А (Iкmax = 75 мА, Uкэ max = 120 В, Pmax = 0,85 Вт).



2 Дешифратор

2.1 Постановка задачи

Во второй части курсового проекта нам требуется разработать цифровую схему дешифратора двоичного кода в шестнадцатеричный. Данные (четырехразрядный двоичный код) подаются на вход дешифратор подаются с помощью генератора импульсов. На выходах дешифратора формируется дополнительный код. Исполнительным устройством данной системы является полупроводниковый индикатор, высвечивающий полученный результат.

2.2 Принцип работы схемы

Cхема дешифратора двоичного кода в шестнадцатеричный работает по следующему принципу. Импульсы с генератора приходят на вход +1 счетчика D2. Счет идет на увеличитель от 0 до 15. При достижении 15 следующим импульсом счетчик обнуляется и на выходе ГСU появляется импульс конца счета, который считается счетчиком D3 (счетчик десятков). С выхода счетчика код числа посчитанных импульсов подается на входы адресов ППЗУ ( программируемое ПЗУ). В ППЗУ в соответствующие ячейки записаны семисегментные коды для отображения на индикаторах D6 и D7 цифр от 0 до 9 и символов A, B , C, D, E, F.

В соответствии с таблицей:


Адреса

Выходы DO


A3A2A1A00123456
000000000001
100011001111
200100010010
300110000110
401001001100
501010100100
601100100000
701110001111
810000000000
910010000100
A10100001000
B10110000000
C11000110001
D11010000001
E11100110000
F11110111000



Таким образом, поданный код числа на адресные входы выбирает одно из 32 восьмибитных слов, которое появляется на его выходах. Вход CS служит для перевода выходов в третье состояние. Микросхема индикатора имеет общий катод и разные аноды. таким образом, если на сегмент подается сигнал «0», то он загорается, если «1» - нет.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проделанной работы были разработаны: принципиальная схема компенсационного стабилизатора напряжения и логическая схема дешифратора двоичного кода в шестнадцатеричный.

Проектирование по первой части, расчет параметров стабилизатора, ознакомление с принципами работы схемы защиты от короткого замыкания помогло в усвоении основ схемотехнического моделирования. Знание принципов работы компенсационного стабилизатора напряжения поможет искать неполадки в существующих устройствах и проектировать новые в процессе производственной деятельности.

Все большее распространение цифровых устройств подтверждает важность работ, проделанных в процессе разработки устройства по второй части проекта. На основе стандартных серийных микросхем был создан дешифратор
двоичный - шестнадцатеричный, что подтверждает универсальность и потенциально широкие возможности цифровой электроники, как важнейшего элемента в современных автоматизированных системах управления.



ЛИТЕРАТУРА:

1. Карпенко П.Ф. Источники питания. Схемотехника компенсационных стабилизаторов напряжения. Методические указания. - Краснодар: изд.КПИ, 1992.

2. Горбачёв Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника. - М.: Энергоатомиздат, 1998.

3. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: в 3-х томах: Т. 1. Пер. с англ. –4-е изд. перераб. и доп. – М.: Мир, 1993.



Приложение 1








КАПП 000000.606.Э3.1












Разраб.

Дмитриев


23.05

Компенсационный стабилизатор напряжения

Схема электрическая принципиальная

Стадия

Лист

Листов

Консулт.




К11

Руковод.

Алещенко




КубГТУ




Зав.каф.

Асмаев





Приложение 2


Обозн.


Наименование


Кол.


Примечание







Стандартные изделия









Конденсаторы




С1


2500 мкФ


1



С2


20 мкФ


1








Микросхемы




DA1


Операционный усилитель К140УД6


1








Резисторы




R1


1к±10%


1



R4,R5


2,4к±10%


2



R2


0,12к±10%


1



R3


1,2к±10%

1


Подстроечный


R6


0,18 Ом ± 5%


1

Намоточный







Трансформаторы

Т220/17/7/230 Вт1





Диоды




VD1,..,

VD4

КД206А4

VD6

КД102А1

VD5

КС

КС156А


1

Стабилитрон

Стабилитрон







Транзисторы




VT1


КТ827А


1



VT2


КТ602А


1






























КАПП 000000.606.ПЭ3.1












Разраб.

Дмитриев


23.05

Компенсационный стабилизатор напряжения

Спецификация

Стадия

Лист

Листов

Консулт.




К11

Руковод.

Алещенко




КубГТУ




Зав.каф.

Асмаев





Приложение 3








КАПП 000000.606.П3.2












Разраб.

Дмитриев


23.05

Дешифратор

Схема электрическая принципиальная

Стадия

Лист

Листов

Консулт.




К11

Руковод.

Алещенко




КубГТУ




Зав.каф.

Асмаев





Приложение 4


Обозн.


Наименование


Кол.


Примечание







Стандартные изделия









Микросхемы




DD1
1

DD2

DD3

К155ИЕ7

2

DD4

DD5

К155РЕ32

Индикаторы




DD6

DD7

АЛC324Б

2





Резисторы

R1

1к±10%1





Конденсаторы

С550 мкФ1



























































КАПП 000000.606.ПЭ3.2












Разраб.

Дмитриев


23.05

Дешифратор

Спецификация

Стадия

Лист

Листов

Консулт.




К11

Руковод.

Алещенко




КубГТУ




Зав.каф.

Асмаев











КАПП 000000.606.ПЗ.01












Разраб.

Дмитриев


23.05

Дешифратор

Спецификация

Стадия

Лист

Листов

Консулт.




К11

Руковод.

Алещенко




КубГТУ




Зав.каф.

Асмаев





Министерство образования РФ

Кубанский государственный технологический университет

ЗАДАНИЕ

На курсовую работу ____________Курсовой проект_____________________ Студенту гр. ____99-КТ-61______Дмитриеву А. А.______________________ По дисциплине _________________Электроника_______________________ Тема курсовой работы:_____Разработка компенсационного стабилизатора напряжения на базе операционного усилителя (ОУ). Разработка цифрового логического устройства.____________________________________________ Исходные данные __________Uвх_= 220 В (+10%, -15%), Кст = 0,1_______ __Uвых = 0..-9 В,_Iвых = 3 А_____________________________________________ 1. Выполнить расчеты:

Компонентов схемы параметрического стабилизатора, (ИОН) – источника опорного напряжения, схемы элемента сравнения (ОУ), схемы защиты от_КЗ.____________________________________________________________ 2. Выполнить графические работы:

___Схема компенсационного стабилизатора напряжения________________

___Схема дешифратора двоичного кода в шестнадцатеричный
3. Оформить расчетно-пояснительную записку


4. Основная литература

__Карпенко П.Ф. Источники питания. Схемотехника компенсационных__ стабилизаторов напряжения. Методические указания________________________ Задание выдано________________20 марта 2001г.__________________________ Срок сдачи работы________________25 мая 2001г.______________________ Задание принял________________________________________________________ Руководитель проекта ________________Алещенко В.И.__________________ Работа защищена____________________________________________________ С оценкой__________________________________________________________


ЧЛЕНЫ КОМИССИИ