Широтно-импульсный модулятор с источником питания от сети переменного тока

схема L.dwg

Курсовая работа по електронике
Приложение 1. n Схема електрическая n принципмальнаяn
В операционных усилителях DA1 и DA2 цепи питания -15 подводяться на выводы 6(-) а +15 на 11(+)а на DA3 цепи питанияна -15 подводяться на выводы 2(-) а +15 на 7(+)
Додаток 2.Схема розміщення елементів n на платіn

електроніка.doc

МИНИстерство образования и науки Украины
По теме: “Широтно-импульсный модулятор с постоянным периодом с
источником питания от сети переменного тока”
Руководитель Мазур О.В.
Разработка структурной схемы прибора
Разработка принципиальной электрической схемы
1. Расчет схемы генератора
2. Расчет компаратора
3. Расчет гальванической развязки
4. Расчет блока питания
Конструкторская проработка устройства
Преобразование сигнала заключается в изменении какого-либо его
информативного параметра согласно передаваемого сообщения называется
модуляцией. Так например в радиотехнике в качестве переноса информации
обычно используют гармонические колебания характеризуются тремя
параметрами - амплитудой частотой и фазой. Воздействуя на один из этих
параметров получают амплитудную (АМ) частотную (ЧМ) или фазовую (ФМ)
модуляции сигнала. При сигнале с носителем в виде последовательности
импульсов могут модулироваться амплитуда частота следования или ширина
импульсов порядок чередования импульсов и разделяющих их пауз и так далее.
Отсюда и большее разнообразие возможных видов модуляции - амплитудно-
импульсная (АИМ) частотно-импульсная (ЧЕМ) широтно-импульсная (ШИМ) кодо-
импульсная (КИМ) модуляции и другие.
Широтно-импульсный модулятор - это устройство предназначенное для
преобразования линейного сигнала в импульсный с заданной скважностью.
Приборы такого типа могут строиться как на основе преобразователей
напряжения-частоты так и на отдельных элементах с использованием
операционных усилителей сумматора и блоков стабилизации выходного
Сфера применения таких устройств очень широка. Они могут использоваться
в системах автоматического управления: для преобразования сигнала
выходящего из регулятора также в источниках питания для стабилизации
напряжения при колебаниях напряжения в сети и во многих других случаях.
РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ ПРИБОРА
Известно несколько вариантов построения широтно-импульсных
модуляторов. Рассмотрим некоторые из них которые можно использовать при
разработке заданного устройства. В качестве широтно-импульсного модулятора
можно использовать преобразователь напряжения - частоты преобразователь
построенный на основе одновибратора. Их структурные схемы имеют следующий
Эти схемы являются наиболее простыми и легко реализуемыми с помощью
интегральных операционных усилителей диапазон входных выходных сигналов и
временных параметров вполне реализуемой для заданного прибора. Поэтому
выберем для реализации устройства по структурной схеме Рис.1 а).
Рассмотрим более подробно структурную схему приведенную на рис. 1.а.
Генератор Сигналы которого подаются на компаратор может иметь форму
выходных сигналов треугольную пилообразную экспоненциальную и т. д. Таким
образом форма выходного напряжения генератора будет определять закон
модуляции при линейном изменении входного сигнала. Рассмотрим временные
диаграммы при пилообразного и треугольного выходного сигнала генератора
поступающих на компаратор и сигнал на его выходе.
Umax – максимальное выходное напряжение генератора.
Uвх – входное напряжение управляющее.
Тпер – длительность периода модуляции.
t1 – длительность модулирующего импульса.
Известно что скважность S=Tпер
РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ
1 РАСЧЕТ СХЕМЫ ИНТЕГРАТОРА
Известно что при интегрировании постоянного напряжения с помощью
интегратора на его выходе получаем линейно нарастающее напряжение. Изменяя
периодически полярность входного напряжения на выходе интегратора можно
получить треугольные импульсы. Этот подход реализован в приведенной ниже
Рис. 4 Генератор импульсов треугольной формы
Усилитель DА2 представляет собой интегратор неинвертирующий вход
которого подключен к делителю. Делитель устанавливает смещение выходного
сигнала. Элементы интегратора R4 и С1 обеспечивают необходимые временные
соотношения. За счет изменения R4 изменяется частота работы схемы. Ток
протекающий: через R4 будет постоянным. Постоянный ток заряда С1
определяет линейность формы выходного сигнала. Выход усилителя DА2 через
резистор R2 подается обратно на неинвертирующий вход усилителя DА1
представляющий собой триггер Шмидта R2 устанавливает коэффициент обратной
связи контура и задает амплитуду сигнала.
Определим параметры необходимые для расчета:
Tпер = 11мс; Sвих= 15 – 57
где Тпер – время одного периода в милисекундах;
Sвих – скважность (отношение времени одного периода ко времени одного
По этим данным определим необходимую амплитуду Uвых. Определим значение
времени одного импульса для минимальной скважности и время для максимальной
Построим графически с заданными параметрами времени для минимальной и
максимальной скважности импульсы и определим амплитуду (максимальное и
минимальное значение) треугольной напряжения.
Мал. 5. Графическое изображение треугольного импульса.
Выберем для схемы ОУ типа К14ОУД20 с Uвых=±12 В Uп= ±(5-20)В Iп=3мА.
Данный тип ОУ имеет балансировку. Балансировка представляет собой
подстроечный резистор номиналом 47 кОм.
Резисторы R1 и R2 рассчитывают из соотношения:
Принимаем R1=4 кОм R2=10 кОм. Резистор R2 разделяем на два один из
которых будет переменным для точной подстройки амплитуды выходного сигнала.
R2= R2'(20%)+R2''(90%)=22 кОм + 909 кОм. Тип резистора R1 R2'' – С2-29В-
25В ±1% R2' – СП5-2.
Для схемы выберем стабилитрон VD1 типа 2С212В с Uст=±12 В при ст= 5
Токоограничивающий резистор R3 выбираем исходя из необходимого тока
через стабилитрон VD1 и допустимого тока ОУ DA1 то есть получим следующую
Примем R3=430кОм типа С2-29В-0125 ±1%.
Резистор R4 и конденсатор C1 выбираем исходя из следующей зависимости:
Принимаем конденсатор C1=001 мкф типа К73-15 и резистор R4=344 кОм
типа С2-29В-0125 ±1%.
[pic] На выходе из генератора необходимо будет сдвинуть треугольный
Рис.4. сигнал для этого воспользуемся резисторным делителем
представленным на Рис.4 с подстроечным резистором R6 для
возможности регулирования. Выберем ток делителя Iд = 3 мА.
Рассчитаем подстроечный резистор R6=UR5Iд=1653=550 Ом
определим R5 по следующей формуле [pic]. Примем R5=448 кОм по
стандартному ряду и выбираем тип С2-29В-0125 ±1% R6=68 кОм
2 РАСЧЕТ КОМПАРАТОРА
Схема устройства сравнения имеет вид:
В качестве ОУ DA3 возьмем ОУ типа К140УД6.
На вход неинвертирующего ОУ поступает входное напряжение а выход
генератора треугольных импульсов на инвертирующий вход ОУ. Резисторы
выбираем R7=R8=10 кОм для устранения тока смещения. Выберем R7=R8=10 кОм
тип: С2-29В-0125 ±1% с номинальной мощностью 1Вт с границей номинального
сопротивления от 33 Ом до 44 кОм.
3 РАСЧЕТ ГАЛЬВАНИЧЕСКОЙ РАЗВЯЗКИ
Выходной сигнал компаратора необходимо гальванически разделить. Для
этого воспользуемся оптопарой типа АОТ123А.
Рассчитаем номиналы резисторов: R9 = UI = 96510*10-3 = 965 Ом. R11
принимаем равным 50 кОм. Стабилитрон выбираем КС147А с Uст=47В и Iст=10 мА
исходя из этого рассчитываем R10=[pic] кОм. Тип резисторов – С2-29В-0125
4 РАСЧЕТ БЛОКА ПИТАНИЯ
Для обеспечения работы схемы от сети переменного тока необходим
источник вторичного тока со стабилизатором напряжения и выпрямителем.
Структурная схема источника питания имеет вид:
Рис.3.1. Структурная схема стабилизированого источника постянного
Для питания и работы прибора необходимо стабилизированный источник
напряжения на 15 вольт.
4.1. Расчет стабилизированного источника на 15 вольт
Рис. 7. Электрическая принципиальная схема стабилизированного
источника питания на 15 В.
Определим ток потребляемый устройством от стабилизатора. Предложенная
схема содержит 12 КМОП микросхем суммарный ток потребления которых не
превышает 1 мА. Используемые микросхемы ДО490ИП1 со встроенными 7 - ми
сегментными индикаторами потребляют ток не более 2 мА без индикации. При
работе встроенных индикаторов ток потребляемый на индикацию составляет не
более 35 мА. Потребление тока на то чтобы засветились светодиоды оптопары
и индикации составляет 10 мА.
Ток потребляемый микросхемой стабилизатором составляет примерно 15
мА. Просуммируем все эти токи и получим примерный ток схеме.[pic]
Выбираем промышленный трансформатор типа ТА56-127220-50 (броневой)
номинальная мощность 40 ВА.
ток первичной обмотки 040022 А.
ток вторичной обмотки 11-12 13-14 – 02 А.
напряжение вторичной обмотки
В качестве выпрямителя используем мостовую схему потому что она
имеет в два раза больше среднего значения выпрямления тока и напряжения и
значительно меньший коэффициент пульсации чем однополупериодная.
Произведем расчет параметров диодов моста. Определим среднее выпрямляющее
значение напряжения с учетом повышения напряжения на 10%.[pic] У
де - [pic] напряжение на вторичной обмотке трансформатора.
Определим среднее выпрямляющее значение напряжение с учетом снижения
напряжения сети на 20%.
Определим максимальное обратное напряжение на диодах моста.
Определим прямой средний ток протекающий через диоды.
Определим прямой максимальный ток протекающий через диоды.
По рассчитанным выше параметрам из справочной литературы вибираем
выпрямляющую диодную сборку типа КЦ412А ее технические характеристики
Выбрав тип диодов найдем их прямое сопротивление rпр= Uпр.
Определим параметр А по формуле:
где - [pic] выходное сопротивление обмотки трансформатора 35 Ом.
По гафику на Рис.9.4[2] определим параметр H. H=700. Зададимся
коэффициентом пульсаций на выходе выпрямителя kп=01 и определим емкость
конденсатора фильтра.
Из справочной литературы как конденсаторы фильтра используем
электролитические конденсаторы типа ДО50-6 300 мкф 50 В.
Как интегральный стабилизатор напряжения используем микросхему
КР142ЕН8В. Его технические характеристики следующие:
- Uвх У – 175 35 35;
- Uвых У – 1455 15 1545;
Из технических характеристик интегрального стабилизатора видно что он
обеспечит необходимый уровень стабилизации выходного напряжения при
колебаниях напряжения сети в диапазоне +10 -20% что удовлетворяет
КОНСТРУКТОРСКАЯ ПРОРАБОТКА УСТРОЙСТВА
Разработанное устройство выполнено в виде единого блока на одной
монтажной плате способом печатного монтажа. Переменные резисторы установим
по краям платы для обеспечения возможного регулирования. Расположим
элементы блока питания рядом с трансформатором другие элементы на
свободной части печатной платы. Подключение устройства к сети и подачу
входного сигнала выполним через разъем установлен на одном из торцов
печатной платы. Для сборки разработанного устройства подбираются все
необходимые элементы которые размещаются на печатной плате (соединения
элементов выполнять способом печатного монтажа) выполненной из текстолита.
СПЕЦИФИКАЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ
Обозначение Тип Кол-во Примечания
R1 R2'' С2-23-2Вт±5% 2 20 к0м
RЗ С2-29В-0.5Вт±5% 1 576 к0м
R4 С2-23-2Вт±5% 1 270 к0м
R5 С2-23-2Вт±5% 1 91 к0м
R6 С2-23-2Вт±5% 1 24к0м
R7R8 R9 С2-23-2Вт±5% 2 10 к0м
R10 С2-29В-025В±5% 1 15кОм
R11 С2-23-025Вт±5% 1 100 кОм
R12 С2-23-05Вт±5% 1 19кОм
R13 С2-23-05Вт+-5% 1 520Ом
С2 С3 К50-29-63В 2 220 мкФ
С6 К50-15-25В 1 680мкФ
VD1 2С210А 1 Ucт=10B Iст=5mA
VD2 VD3 КЦ405Е 2 Диодный мост
VD4 КС147 1 Ucт=5B Iст=10mA
Трансформатор ТПП 224-127220-50 1
Разъемы ОНп-СС-73-210*75-В53 1
Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры: Справочник Под
ред. Г. С. Найвельта. -М.: Радио и связь 1986 - 576с.
Справочная книга радиолюбителя – конструктора А.А. Бокуняев; Н.М.
Борисов; Р.Г. Варламов и др. Под ред. Н.И. Чистякова. – М.: Радио и
связь 1990. – 624 с.
Щербаков В. И. Грездов Г. И. Электронные схемы на операционных
усилителях: Справочник. –ДО.: Техника 1983. – 213 с.
Широтно-импульсный модулятор с постоянным периодом с источником питания от
сети переменного тока