Регулятор температуры
Требуется разработать регулятор температуры, который будет поддерживать температуру в соответствии с графиком задания Рис. 1.
Точность соответствия температуры заданию должна быть не ниже 12%.
Требования к узлам устройства:
1. Задатчик интенсивности :
1.1. Uвх0 = 0 В.
1.2. Uвх1 = ?220 В ; (напряжение сети).
1.3. Время нарастания температуры 32 с.
1.4. Задатчик должен обеспечивать потенциальную развязку от напряжения сети.
2. Система управления импульсным ключом:
2.1. Обосновать выбор типа модуляции.
2.2. Разработать принципиальную схему.
2.3. Рассчитать элементы.
3. Импульсный ключ:
Выбрать требуемый транзистор импульсного ключа
по току и напряжению.
4. Нагревательный элемент :
Мощность нагревательного элемента 250 Вт.
5. Датчик температуры:
Выполняется на диоде.
6. Регулятор :
Пропорционально интегральный регулятор.
2. Импульсный ключ.
Выбор силового ключа производится из расчета максимального напряжения Uкэ max и максимального тока Iк max
Un max = Uн + 30% = 182 B = U кэ max
Iн = P/Uн = 1.786 A Номинальный ток через транзистор
Imax = U кэ max Iн / Uн Максимальный ток через транзистор
Транзистор выбираем с запасом по току и напряжению 30%.
U кэ max = Uп max + 30% = 236 B
I к max = I max + 30% = 3.9 A
Выбран транзистор КТ858А , из раздела высокочастотные мощные, со следующими параметрами :
I к max = 7А ; U кэ max = 400 В ; ? = 10 ; U бэо max = 6 В ; U кэ нас = 1 В
КIД = ? / 3 = 3.33 Динамический коэффициент передачи по току
Iб max = I max / KIД = 0.905 А
3. Система управления импульсным ключом.
3.1. Предоконечный каскад.
Выбор транзисторов в предоконечном каскаде проводится по следующим параметрам :
1. Un < Uбэо max(силового ключа)
2. Iк max = Iб (силового ключа) max + 50%
3. U кэ max = 2Un + 30%
Примем Un = 5 B
Тогда :
U кэ max = 13 В
Iк max = 1.358 А
Для как можно большего уменьшения тока управления необходимо в предоконечный каскад поставить транзистор с большим коэффициентом усиления. Важным условием так же является широкая полоса рабочих частот.
3.3. Генератор пилообразных импульсов.
Генератор пилообразных импульсов сделаем на основе генератора прямоугольных импульсов построенного на логических элементах.
Генератор прямоугольных импульсов построим на основе микросхемы К561ЛН2 ,выполненной по технологии КМОП Эта микросхема содержит 6 логических элементов НЕ три из которых мы используем. На входы оставшихся трех элементов подадим логический уровень 1 .
По заданию на курсовой проект датчик температуры должен быть выполнен на диоде. Выбран маломощный выпрямительный диод Д106 с параметрами Iпрср = 1 мА ; Т мах = 1250 .
Резистором R1 задает ток через диод .
R1 = Un / Iпрср = 15 Ком
Подаем на вход операционного усилителя опорное напряжение через резисторы R3 и R2 .
Зададим падение напряжения на резисторе R2 = 5 В , что соответствует сопротивлению R2 = U / I = 15 / 0.0001 = 150 Ком. Но резистор подстроечный и, следовательно, для удобства регулировки нужен номинал в два раза больше. Примем сопротивление резистора R2 = 300 Ком.
Зададим падение напряжения на резисторе R3 U = 9 В при токе через него I = 0.00001 А.
R3 = U / I = 900 Ком
Выберем из ряда резисторов стандартный номинал R3 = 910 Ком.
Из расчета задатчика интенсивности видно, что при максимуме задания на выходе датчика температуры должно быть +10 В.
Соответственно подберем коэффициент усиления операционного усилителя и номиналы резисторов во входной ветви и в ветви обратной связи.
Изменение падения напряжения на диоде составляет 2 (мВ/С0) , на всем рабочем участке это изменение падения напряжения составит 0.18 В. Это и будет максимальное входное напряжение.
Тогда найдем коэффициент усиления К = Uвых / Uвх = 55.56 .
По этому значению подберем сопротивления R5, R4 .
Резистор R5 возьмем переменный для компенсации ошибок задания, которые возникают из-за разбросов параметров элементов схемы.
Примем величину сопротивления R5 = 10 Ком.
Тогда R4 = 5000 ? 55.56 = 277 Ком .
Выберем из ряда резисторов стандартный номинал R4 = 270 Ком.