Реферат: Фазоимпульсный модулятор на тиристорах
Курсовая работа по курсу: “Электроника”
Московский Авиационный Институт имениСерго Орджоникидзе
Кафедра 301
Москва 2000 год.
Схема устройства:
R1
/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/> Uп
/>/>/>/>Uвх -
/> - VT1 R2 RH C2 R4 R7
/> /> /> /> /> /> /> <td/> />VT2 VT3
T1 T2
C1 R3 R6 C3
Техническиеданные:
Напряжениепитания схемы: Eп = ± 27В
Условияэксплуатации: температура, °С (-50 ÷ +60)
Частотаработы схемы: f = /> Гц
Временныедиаграммы.
Введение.
Данноеустройство предназначено для фазоимпульсной модуляции.
Генераторпилообразного напряжения выполнен на транзисторе VT1 и двухбазовом диоде (илиоднопереходном транзисторе) VT2, конденсаторе С1 и резисторе R3.
Уголотсечки регулируется с помощью второго однопереходного транзистора VT3, накотором также построен генератор импульсов.
Схемадовольно проста, легко настраивается и перестраивается, обладает высокой надежностью.
Применяетсядля регулирования тока (напряжения) накала в печах.
Краткоеописание работы.
Схемуможно разбить на три основных функциональных блока.
/>
/>
2.1.Описание работы устройства.
Генераторпилообразного напряжения, построенный на транзисторе VT1, конденсаторе С1 ирезисторе R1, вырабатывает импульсы, подаваемые на однопереходный транзисторОПТ, который в свою очередь открывает на время />транзистор VT4, обеспечивающийподачу импульсов продолжительности t на нагрузку RH. Для фазовой модуляции импульсов используетсясхема на ОПТ VT3.
2.2.Описание работы генераторапилообразного напряжения.
Приподключении напряжения UBX на транзистор VT1 конденсатор С1 начинаетзаряжаться через транзистор и резистор R1 до напряжения U(t1), определяемоговеличиной напряжения включения ОПТ.
Зарядившисьдо указанной величины конденсатор С1 начнет разряжаться через ОПТ VT2 ирезистор R3.
2.3.Описание работы генератора импульсов.
Приподаче напряжения на транзистор VT1 тиристор VT4 и двухбазовый диод (ОПТ) VT2остаются запертыми, а конденсатор С1 начнет заряжаться через открытыйтранзистор VT1 и резистор R1. При достижении величины напряжение UЭ ВКЛ, прикотором эммиттер — база 1 ОПТ VT2 окажется открытым. В этот момент включается VT2 и конденсатор С1 разряжается через цепь эмиттер-база1 VT2 и резистор R3.
Импульс,снимаемый с этого резистора, отопрет тиристор VT4 и напряжение источникапитания окажется приложенным к нагрузке. Пока ток нагрузки IH>IУД тиристор остается открытым.Длительность задержки:
/>.
Когдаоткрыт VT4, ток через нагрузку RH заряжает конденсатор С2 по цепи R4-C2-VT4.После заряда конденсатора С2 и отпирания VT5 от генератора модулирующегосигнала, конденсаторС2 подключается параллельно тиристору. Продолжительностьзаряда/>.Приэтом положительная обкладка конденсатора С2 окажется подключенной к катоду, аотрицательная – к аноду. Т.о. к прибору прикладывается обратное напряжение />. В цепи,образованной конденсатором VT5 и тиристором VT4 возникает обратный ток, которыйпроходит через прибор в обратном направлении. Когда результирующий ток приборастановится меньше IУД, последний запирается.
Должнобыть />
Емкость
/>,
гдеIПР А — прямой ток нагрузки τВЫКЛ, мкс.
Приэтом заряд одного импульса тока/>, где Е=UП
tТСмин для VT4, мкс 0,707С2R4
Есливарьировать моментом отпирания тиристора, то ток через прибор и нагрузку будетпротекать только в течение какой-то определенной части импульса. Так принебольшой задержке тиристор может быть отперт в начале импульса, при большихзадержках – в любой точке импульса, либо в его конце. Тем самым можнорегулировать средний за период ток, проходящий в нагрузке, от максимальногопочти до нуля. Такой способ управления называется фазовым регулированием илифазовым управлением, фазовым модулированием поскольку при этом изменяется сдвигфаз между импульсом и началом протекания прямого тока.
Математическая модель устройства.
Генераторпервообразного напряжения.
Рассмотримпроцесс заряда – разряда емкости С1 в импульсном режиме.
/> (1)
/> (2)
Уравнениезаряда конденсатора С1
/> (3)
Уравнениеразряда конденсатора С1
/> (4)
Решаядифференциальные уравнения, получим:
/>
/>, где времязаряда емкости С1
/> — время разрядаемкости С1
Решаяэту систему получим выражение для амплитуды длительности импульса и периодачерез параметры схемы.
Выражениедля амплитуды примет вид
/>
Длительностьимпульса.
/>
Втаком случае период
/>
Математическое описание блока формирующегоимпульсное напряжение на нагрузке.
Уравнениезаряда емкости С2
/> (5)
Уравнениеразряда емкости С2
/> (6)
Экспонентузаряда емкости С2 запишем в виде
/>, где /> (7)
Экспонентаразряда
/>, где /> (8)
Времязаряда емкости С2
/>
Времяразряда
/>
Период
/> (9)
/> (9)
Математическая модель всего устройства.
/>
/> (1)
/> (2)
/> (3)
/> (4)
/> (5)
/> (6)
/> (7)
где/>
/> (8)
где/>
/> (9)
/> (9)
4. Синтез схемы.
4.1.Последовательный расчетфазоимпульсного модулятора.
Выбираемтранзистор VT1, исходя из его способностей пропустить ток заряда конденсатораС1 за время q2 и выбираем двухбазовый диод Uc1 ипропускаем ток падение напряжения которого на резисторе R3 открывает тиристорVT4. Выбираем тиристор VT4, напряжение VБ12 которого меньше 30B и время отпертогосостояния которого соответствует времени q1.
/>
Рассчитаемвеличину емкости С1
Задаемсявременем заряда />
Изформулы (3) время заряда
/>, откуда
/>
Выбираемтранзистор задаваясь временем заряда и током />,
Гдеt3-время заряда емкости С1,tnVT1-время переключения транзистора VT1 можно неучитывать в виду его малости по сравнению c tЗ (tnVT»/>)
Задаемсяq2=tp – временем разряда емкости С1.
Изуравнения (3) получаем
/>
Изуравнения (4) находим R4
/> (9а)
Решаясовместно уравнение (1) и (2) получим
/> (10)
/> (11)
Такимобразом, получили все номиналы элементов, образующих требуемый модулируемыйимпульс.
Численныйрасчет схемы.
Выбираемтранзистор МП42Б служащий для устройств переключения и с небольшимсопротивлением RКЭ, которые в основном определяется сопротивлением коллектораrk
/>
Выбираемтиристор К4104Б со следующими характеристиками:
Постоянныйток в закрытом состояние Iзс = 0,5мВ
Отпирающийпостоянный ток управления IY от=20мА
Отпирающеепостоянное напряжение управления UУ от=2В
Напряжениев открытом состояние UОС=2В
Неотпирающеепостоянное напряжение управления UУНОТ=0,1В
Времявключения tвкл=0,29мkс
Времявыключения tвыкл=2,5мkс
Предельнодопустимые параметры:
Постоянноенапряжение в закрытом состояние UЗ с max=30B
Постоянноеобратное напряжение UОБР max=6B
Постоянныйток в открытом состоянии IОС min=0,1A
Постоянныйпрямой ток управления IУ min0=0,03B
Средняярассеиваемая мощность PСРРАС=0,2В
Выбираемдвухбазовый или управляемый диод, или однопереходной транзистор ОПТ: К117А соследующими предельно допустимыми параметрами:
Токэмиттера IЭ max=50мА
Токэмиттер-база IЭБО max=1мкА
Токвключения IВКЛmax=20мкА
Токвыключения IВЫКЛ min=1мА
Напряжениена базах UБ12max=30B
Напряжениянасыщения эмиттер-база Umax ЭБ нас=5В при IЭ=50мА
КоэффициентК К=0,6
Сопротивлениемежду базами RБ12=6кОм UЭК=0,6·27=16,2
Резистор
/>
берем1,1Ом.
Напряжениепитания схемы берем UП=27В
Емкостьконденсатора
/>
берем0,016мкФ.
Времяразряда
/>
Подставляемзначения в формулу (10) и определяем R3
/>
Подставляязначения в формулу 11, определяем R2.
/>
Поформуле (9а) считаем:
/>
берем62Ом.
Совершенноаналогично для тех же времен заряда и разряда, то есть для аналогичноймодуляции фазой определим:
R6=51Ом,R5=20Oм, />,С3=0,016мкФ
ПЭС
/>/>/>
/> R1
/> VT1 R2 RH C2 R4 R7
/> /> /> /> /> /> /> <td/> /> />VT2 VT3
T1 T2
C1 R3 R6 C3
X1
5
/>+Еп
-Еп
-Uвх
/>2
/> <td/>1
Выводы по работе.
Разработаноустройство – фазоимпульсный модулятор. Данное устройство соответствует заданнымтребованиям. Рассчитаны параметры, позволяющие получить заданные выходныесигналы. Устройство имеет высокую степень надёжности.
Список литературы
С.П.Миклашевский., Промышленная электроника. Вш.,1986.
Л.А.Бессонов., ТОЭ. Вш.,1996.
К.Я.Стародуб., Н.Н. Михайлов., Промышленная электроника. «Машиностроение».,1971.
Расчётимпульсных устройств на полупроводниковых приборах. Под ред. Т.М. Агаханяна.,«Советское радио».
Справочноепособие по электротехнике и основам электроники. Под ред. А.В. Нетушина. Вш.1986.