Реферат: Фазоимпульсный модулятор

Курсоваяработа

По курсу: “Электроника”

Содержание:

1. Задание

2. Временные диаграммы

3. Введение

4. Краткое описание работы

5. Математическая модель

6. Математическое описание блокаформирующего импульсное напряжение на нагрузке

7. Математическая модель всегоустройства

8. Синтез схемы

9. Численный расчёт схемы

10. ПЭС

11. Выводы поработе

12. Списокиспользованной литературы

13. Приложение

1. Задание.

“Фазоимпульсный модулятор на тиристорах.”

1. Схема устройства:

/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/> Uп

/>/>/>/>Uвх -

/> - VT1 R2 RH C2 R4 R7

/> /> /> /> /> /> /> <td/> />

VT2 VT3

T1 T2

C1 R3 R6 C3

Технические данные:

· Напряжение питания схемы: Eп = ± 27В

· Условия эксплуатации: температура,°С (-50 ÷ +60)

· Частота работы схемы: f = /> Гц

Временные диаграммы.

Введение.

Данное устройство предназначено для фазоимпульсноймодуляции.

Генератор пилообразного напряжения выполнен натранзисторе VT1 и двухбазовом диоде (или однопереходном транзисторе) VT2,конденсаторе С1 и резисторе R3.

Угол отсечки регулируется с помощью второгооднопереходного транзистора VT3, на котором также построен генератор импульсов.

Схема довольно проста, легко настраивается иперестраивается, обладает высокой надежностью.

Применяется для регулирования тока (напряжения)накала в печах.

2. Краткое описание работы.

Схему можно разбить на три основных функциональныхблока.

2.1.Описаниеработы устройства.

Генераторпилообразного напряжения, построенный на транзисторе VT1, конденсаторе С1 ирезисторе R1, вырабатывает импульсы, подаваемые на однопереходный транзисторОПТ, который в свою очередь открывает на время />транзисторVT4, обеспечивающий подачу импульсов продолжительности t на нагрузку RH. Для фазовой модуляции импульсов используется схема наОПТ VT3.

2.2.Описание работы генератора пилообразногонапряжения.

Приподключении напряжения UBX на транзистор VT1 конденсатор С1 начинает заряжаться через транзистори резистор R1 до напряжения U(t1), определяемого величиной напряжения включения ОПТ.

Зарядившисьдо указанной величины конденсатор С1 начнет разряжаться через ОПТ VT2 ирезистор R3.

2.3.Описаниеработы 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. Послезаряда конденсатора С2 и отпирания VT5 от генератора модулирующего сигнала,конденсаторС2 подключается параллельно тиристору. Продолжительность заряда/>.При этом положительнаяобкладка конденсатора С2 окажется подключенной к катоду, а отрицательная – каноду. Т.о. к прибору прикладывается обратное напряжение />. В цепи, образованнойконденсатором VT5 и тиристором VT4 возникает обратный ток, который проходитчерез 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/>, гдеЕ=UП

tТС мин для VT4, мкс0,707С2R4

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 больших задержках– в любой точке импульса, либо в его конце. Тем самым можно регулироватьсредний за период ток, проходящий в нагрузке, от максимального почти до нуля.Такой способ управления называется фазовым регулированием или фазовымуправлением, фазовым модулированием поскольку при этом изменяется сдвиг фазмежду импульсом и началом протекания прямого тока.

Математическая модель устройства.

1. Генератор первообразного напряжения.

Рассмотримпроцесс заряда – разряда емкости С1 в импульсном режиме.

/> (1)

/> (2)

Уравнениезаряда конденсатора С1

/> (3)

Уравнениеразряда конденсатора С1

/> (4)

Решаядифференциальные уравнения, получим:

/>,где время заряда емкости С1

/>-время разряда емкости С1

Решаяэту систему получим выражение для амплитуды длительности импульса и периодачерез параметры схемы.

Выражениедля амплитуды примет вид

Длительностьимпульса.

Втаком случае период

Математическое описание блока формирующего импульсноенапряжение на нагрузке.

Уравнениезаряда емкости С2

/> (5)

Уравнение разряда емкости С2

/> (6)

Экспонентузаряда емкости С2 запишем в виде

/>,где /> (7)

Экспонентаразряда

/>,где /> (8)

Времязаряда емкости С2

Времяразряда

Период

/> (9)

Математическая модель всего устройства.

/> (1)

/> (2)

/> (3)

/> (4)

/> (5)

/> (6)

/> (7)

где />

/> (8)

где />

/> (9)

4. Синтез схемы.

4.1.Последовательныйрасчет фазоимпульсного модулятора.

Выбираемтранзистор VT1, исходя из его способностей пропустить ток заряда конденсатораС1 за время q2 и выбираем двухбазовый диод Uc1 и пропускаемток падение напряжения которого на резисторе R3 открывает тиристор VT4. Выбираемтиристор VT4, напряжение VБ12 которого меньше 30B и время отпертого состояниякоторого соответствует времени q1.

Рассчитаемвеличину емкости С1

Задаемсявременем заряда />

Изформулы (3) время заряда

/>,откуда

Выбираемтранзистор задаваясь временем заряда и током />,

Гдеt3-времязаряда емкости С1,tnVT1-время переключения транзистора VT1 можно не учитыватьв виду его малости по сравнению c tЗ (tnVT»/>)

Задаемсяq2=tp – временемразряда емкости С1.

Изуравнения (3) получаем

Из уравнения (4) находим R4

/> (9а)

Решая совместно уравнение (1) и (2) получим

/> (10)

/> (11)

Такимобразом, получили все номиналы элементов, образующих требуемый модулируемыйимпульс.

Численный расчет схемы.

Выбираемтранзистор МП42Б служащий для устройств переключения и с небольшимсопротивлением RКЭ, которые в основном определяется сопротивлениемколлектора rk

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 PСР РАС=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 IВКЛ max=20мкА

Токвыключения IВЫКЛ min=1мА

Напряжениена базах UБ12 max=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

+Еп

-Еп

-Uвх

/> <td/>

Выводы по работе.

Разработано устройство – фазоимпульсный модулятор.Данное устройство соответствует заданным требованиям. Рассчитаны параметры,позволяющие получить заданные выходные сигналы. Устройство имеет высокуюстепень надёжности.

Литература.

1. С.П. Миклашевский., Промышленная электроника. Вш.,1986.

2. Л.А. Бессонов., ТОЭ. Вш.,1996.

3. К.Я. Стародуб., Н.Н. Михайлов., Промышленная электроника. «Машиностроение».,1971.

4. Расчёт импульсных устройств на полупроводниковых приборах. Под ред.Т.М. Агаханяна., «Советское радио».

5. Справочное пособие по электротехнике и основам электроники. Под ред.А.В. Нетушина. Вш. 1986.

Формат Зона Поз Обозначение Наименование Кол

Документация

А4

СУ.304.0000001.000.СБ

Схема электрическая принципиальная

А4

СУ.304.0000001.000.ЭЗ

Сборочный чертеж

Детали

А3

СУ.304.0000001

Плата печатная

Прочие изделия

Конденсаторы

КМ 10 – 50 — 16 нФ±10%

С1, С2, С3

Резисторы

ОМТ-0,5 – 1,1КоМ±10%

СУ.304.000000 Лист № докум Подп Дата Разраб.

Фазоимпульсный

модулятор.

Лит. Лист Листов Провер. у 1 2 МАИ.гр.03-304 Н.Контр. Т.Контр. /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> Формат Зона Поз Обозначение Наименование Кол Примечание

ОМТ-0,5 – 20 оМ±10%

R2, R5

ОМТ-0,5 – 51 оМ±10%

R3, R6

ОМТ-0,5 – 62 оМ±10%

ОМТ-0,5 – 400 оМ±10%

Транзисторы

К117А

Т1, Т2

МП42Б

VT2,VT3

К4104Б