Разработка компенсационного стабилизатора напряжения на базе операционного усилителя (ОУ). Разработка цифрового логического устройства
Курсовой проект по электронике, 18 стр., 4 приложения.
Стабилизатор напряжения, операционный усилитель, защита от короткого замыкания, счетчик, шестнадцатеричный код.
Курсовой проект состоит из двух частей. Цель первой части - разработка стабилизатора напряжения с использованием операционного усилителя и схемы защиты от короткого замыкания. Цель второй части – разработка дешифратора двоичного кода в шестнадцатеричный.
В схемах используются широко распространенные корпусные микросхемы, транзисторы и диоды.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1 Компенсационный стабилизатор напряжения
1.1 Расчет трансформаторов
1.2 Расчет выпрямителя
1.3 Расчет фильтров
1.4 Расчет стабилизатора
2. Дешифратор
2.1 Постановка задачи
2.2 Принцип работы схемы
Заключение
Литература
Приложение 1
Приложение 2
Приложение 3
Приложение 4
ВВЕДЕНИЕ
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 = Uп?I2выхmax ?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:
С?Т/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 VD5 выберем 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 < Imax?1,7,
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 = Imax?1,2 ? 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 max?Uоу вых max?1,7 = 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
A3 A2 A1 A0 0 1 2 3 4 5 6
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1
1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1
2 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0
3 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0
4 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0
5 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0
6 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0
7 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1
8 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
9 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0
A 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0
B 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0
C 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1
D 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1
E 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0
F 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0
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
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
Т 220/17/7/230 Вт 1
Диоды
VD1,.., VD4 КД206А 4
VD6 КД102А 1
VD5 КС КС156А 1 Стабилитрон Стабилитрон
Транзисторы
VT1 КТ827А 1
VT2 КТ602А 1
Приложение 3
Приложение 4
Обозн. Наименование Кол. Примечание
Стандартные изделия
Микросхемы
DD1 1
DD2 DD3 К155ИЕ7 2
DD4 DD5 К155РЕ3 2
Индикаторы
DD6 DD7 АЛC324Б 2
Резисторы
R1 1к±10% 1
Конденсаторы
С 550 мкФ 1