В настоящее время электротехника и электроника рассматриваются как сугубо практические дисциплины, призванные решать бытовые проблемы современного общества


Скачать 388.11 Kb.
НазваниеВ настоящее время электротехника и электроника рассматриваются как сугубо практические дисциплины, призванные решать бытовые проблемы современного общества
страница1/4
Дата публикации12.04.2013
Размер388.11 Kb.
ТипДокументы
userdocs.ru > Физика > Документы
  1   2   3   4

КЭКЗ.090104.123.ПЗ

Измм

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Лист






ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время электротехника и электроника рассматриваются как сугубо практические дисциплины, призванные решать бытовые проблемы современного общества.

Существует большое количество автоматических зарядных устройств в продаже и описанных в радиолюбительской литературе, но они прекращают зарядку батареи либо по истечению определенного времени, либо по достижении на клеммах батареи определенного (порогового) значения напряжения. В рамках этих функциональных особенностей автоматов и других факторов (природные условия, состоянии батареи) не удается произвести качественную дозарядку аккумуляторных батарей.

Имеются другие, более надежные признаки получения АБ полного заряда. Это прекращение (при постоянстве величины зарядного тока) роста напряжения на клеммах батареи, а также прекращение увеличения плотности электролита.

Практика показывает, что с достаточной точностью можно ограничиться одним из этих признаков, т.е. контролем за ростом напряжения на батарее, и при его прекращении и постоянстве величины напряжения в течение определенного времени выключать зарядное устройство.

Конечно, зарядное устройство, использующее этот принцип, более сложно, чем простой пороговый автомат, однако его преимущества очевидны.
^ 1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Большая часть деталей устройства размещена на печатной плате размерами 75x100 мм (рис.1), выполненной из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Плата, трансформатор Т1, реле К1 и конденсатор С1 с резистором R1 смонтированы на П-образном шасси из дюралюминия толщиной 2 мм, размерами 20x90x215 мм. Диоды VD1...VD4 размещены в основании шасси на отдельных небольших радиаторах с поверхностью охлаждения каждого 10 см2. Кнопка SB1, светодиоды НL1, HL2 предохранители FU1, FU2 и клеммы XI, Х2 вынесены на лицевую панель размерами 95x110x220 мм, выполненную из дюралюминия толщиной 2 мм. В шасси устройства и верхней части задней стенки корпуса просверлены отверстия 0,5 мм для циркуляции воздуха.

печатная схема

Рисунок 1 – печатное плато
Все постоянные резисторы, используемые в зарядном устройстве — МЛТ, а подстроенные (R19, R22) —СПЗ-38. Резисторы матрицы (R11...R18) желательно подобрать так, чтобы сопротивления двух соседних резисторов отличались друг от друга ровно в два раза. Если такой возможности нет, можно обойтись и без подбора резисторов, однако в этом случае, возможно, не будет обеспечена равномерность изменения напряжения на выходе матрицы, что, впрочем, мало повлияет на работу устройства в целом. Резисторы с сопротивлениями, выходящими из стандартного ряда (R12, R17, R18), можно составить из двух последовательно включенных резисторов стандартных номиналов.

Конденсатор С1 — типа МБГЧ с номинальным напряжением 250 В. При использовании металлобумажных конденсаторов других типов (МБГО, МБГП и др.) их номинальное напряжение должно быть не менее 400.. .500 В. Конденсатор С2 — К50-29, СЗ — К52-1 Б, С4 — К53-4, остальные конденсаторы — КМ-5 или КМ-6. Так, в качестве С2...С4 могут быть использованы оксидные конденсаторы любых типов, подходящие по емкости и номинальному напряжению.

Стабилизатор напряжения 78L09 (DA1) можно заменить любым отечественным микросхемным стабилизатором напряжения на 9 В, например КР1157ЕН902. В качестве DA2 можно использовать компаратор К521САЗ, однако это потребует изменения трассировки печатной платы.

Диоды выпрямительного моста VD1...VD4 должны допускать прямой ток не менее 2 А. В случае, когда не исключаются ошибочные подключения аккумуляторной батареи в обратной полярности, лучше применить диоды с некоторым запасом по допускаемому прямому току, особенно в импульсе. Рекомендованы диоды серии КД206, КД213.

Диоды КД106А (VD5, VD6) можно заменить диодами серий КД105, Д226, Д237; остальные — диодами серий Д220, Д223, Д311, Д312. Вместо стабилитрона КС522А (VD8) можно применить КС220Ж или два последовательно включенных стабилитрона Д814В.

В качестве VT1 можно применить любой маломощный n-p-n транзистор с постоянным напряжением коллектор-эмиттер не менее 30 В и коэффициентом передачи тока базы более 40. Подойдут транзисторы указанной на схеме серии КТ3102 с любым буквенным индексом кроме Г и Е, КТ315Г, КТ312В. Вместо КТ608Б можно применить транзисторы из серий КТ503, КТ807.

В устройстве использовано реле РКМП, с сопротивлением обмотки 600 Ом и током срабатывания 20 мА.

Можно использовать любое реле с одной группой нормально разомкнутых контактов, допускающих коммутацию переменного напряжения 220 В, с коммутируемым током не менее 0,3 А. Реле должно надежно срабатывать при напряжении не более 12 В и токе 20..40 мА. Подойдут реле РЭС22. Применимы реле РЭС6, у которых неиспользуемую группу контактов необходимо немного отогнуть для уменьшения тока срабатывания.

Кнопка SB1 — КМ1, КМ2-1. В качестве предохранителей FU1, FU2 желательно использовать быстродействующие плавкие вставки ВПЗТ-2, которые можно заменить на ВП1.

В зарядном устройстве применен унифицированный трансформатор ТПП277-127/220-50 с номинальной мощностью 72 Вт и током вторичных обмоток 3,2 А. Возможно применение и других унифицированных трансформаторов, рассчитанных на работу от сети частотой 50 Гц и напряжением 127/220 В: ТПП280, ТПП281, ТПП282, ТН52, ТН53, ТН54, ТН56, ТН57. Если устройство предназначается только для работы с аккумуляторной батареей 6СТ-55, то при зарядном токе 2,75 А возможно использование трансформатора ТН49-127/220-50. Схемы включения трансформаторов приведены на рис.2.

включение 1вкючение

Рисунок 2 – Схемы электрические принципиальные трансформаторов
Правильно собранное устройство настройки не требует. Для начала работы установить необходимые уровни напряжений на входах компаратора. Для этого устанавливают движки резисторов R19 и R22 в нижнее по схеме положение. Подключают к клеммам Х1 и Х2 аккумуляторную батарею, включают устройство в сеть, нажимают кнопку SB1 и убеждаются в срабатывании реле К1.

Измеряют напряжение на клемме Х1. Затем, подключив вольтметр к верхнему по схеме выведу резистора R22, передвигают его движок до тех пор, пока вольтметр не покажет величину напряжения, равную 0,45 напряжения на Х1. После этого вольтметр подключают к выходу резистивной матрицы (общей точке соединения резисторов R11...R18) и резистором R19 устанавливают напряжение 5,0 В.

При такой регулировке диапазон контролируемого напряжения на заряжаемой аккумуляторной батарее составляет (с учетом допустимых соотношений входных напряжений компаратора и напряжения питания) от 11,1 до 17,3 В, что вполне достаточно для выбранной величины зарядного тока. Следует иметь в виду, что падение напряжения на проводах, соединяющих устройство с аккумуляторной батареей, не должно превышать величины 1 В.

В заключение производят, в случае необходимости, регулировку зарядного тока подбором емкости конденсатора С1, которую выполняют подключением к его выводам подходящих по номинальному напряжению конденсаторов емкостью 0,5...1 мкф.
^ 2 ОПИСАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ
Функциональная схема устройства представлена на рисунке 3.

Функциональная схема автомата для дозарядки АБ

+

АБ

-

Блок питания

Формирователь прямоугольных импульсов

Стабилизатор напряжения

Управляемый генератор

Таймер

Компаратор

Узел управления реле

Реле

220 В


Рисунок 3 – Схема функциональная электрическая

  • Блок питания:

Блок питания подает напряжение на аккумуляторную батарею и стабилизатор напряжения.

  • Стабилизатор напряжения:

Обеспечивает питанием цифровую часть устройства.

  • Формирователь прямоугольных импульсов:

Формирует импульсы с частотой 50 Гц.

  • Управляемый генератор:

Образует ступенчато возрастающего напряжения, используемого в качестве опорного для компаратора.

  • Компаратор:

Сравнивает опорное напряжение с напряжением на аккумуляторных клеммах.

  • Таймер:

Определяет периодичность контроля за ростом напряжения на заряжаемой аккумуляторной батареи.

  • Узел управления реле:

Вырабатывает сигнал на выключение устройства при постоянстве напряжения на батарее в течение заданного времени.

  • Реле:

Отключает устройство от сети 220 вольт.
^ 3 ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ
С целью исключения несрабатывания устройства автоматического отключения, устанавливается заведомо заниженная величина порогового напряжения (как правило, в пределах 14,3...14,5 В). Однако даже при зарядном токе, численно равном 0,05 емкости батареи, напряжение на ее клеммах при полном заряде может достигать величины 15,9...16,2. В. В результате аккумуляторная батарея остается не дозаряженной в течение всего времени эксплуатации, что приводит к необратимой сульфитации электродов и сокращению ее срока службы.

Существуют другие, более надежные признаки получения АБ полного заряда. Это прекращение (при постоянстве величины зарядного тока) роста напряжения на клеммах батареи, а также прекращение увеличения плотности электролита.

Практика показывает, что с достаточной точностью можно ограничиться одним из этих признаков, т.е. контролем за ростом напряжения на батарее, и при его прекращении и постоянстве величины напряжения в течение не менее двух часов выключать зарядное устройство.

Конечно, зарядное устройство, использующее этот принцип, более сложно, чем простой пороговый автомат, однако его преимущества очевидны. Исключается возможность не отключения устройства от сети из-за установки повышенного значения "порога", а также недозаряд батареи вследствие преждевременного отключения зарядного устройства.

Очевидно, что для дозарядки батареи вполне достаточно иметь устройство, обеспечивающее выходной ток, равный току второй ступени режима зарядки, рекомендуемому инструкцией по эксплуатации стартерных аккумуляторных батарей (равный, в амперах, 0,05 емкости батареи в ампер-часах). Снижение величины зарядного тока благоприятно сказывается на аккумуляторной батарее, при этом повышается общий КПД процесса зарядки и обеспечивается более полный заряд АБ.

Вместе с тем, проведение полной зарядки аккумуляторной батареи (от нулевой степени заряженности), которая, как правило, может понадобиться не чаще одного-двух раз в год при контрольном разряде батареи с целью оценки ее состояния, займет с таким зарядным устройством не более 21...22 часов. Полученное время является достаточно приемлемым, так как операция проведения полной зарядки аккумуляторной батарее после контрольного разряда и соответственно восстановление дальнейшей работы займет не более суток.

Устройство не боится кратковременных замыканий в цепи нагрузки и обрывов в ней. Приняты меры для защиты устройства при ошибочном подключении аккумуляторной батареи в обратной полярности.

Данный вариант устройства предназначен для работы с аккумуляторной батареей 6СТ-60, поэтому зарядный ток выбран равным 3 А. Для использования устройства с наиболее распространенной батареей 6СТ-55, достаточно снизить величину тока зарядки до 2,75 А.

Схема зарядного устройства приведена на рис.4. Она содержит блок питания, выполненный по схеме с гасящим конденсатором. Микросхемный стабилизатор напряжения DA1 обеспечивает питанием цифровую часть устройства. На элементах DD1.1 и DD1.2 собран формирователь прямоугольных импульсов частотой 50 Гц. Счетчики DD2.1, DD3 совместно с элементами DD1.3, DD1.4 образуют таймер, определяющий периодичность контроля за ростом напряжения на заряжаемой аккумуляторной батарее. Двоичные счетчики DD5.1 и DD5.2 совместно с резистивной матрицей R11...R20 образуют управляемый генератор ступенчато возрастающего напряжения, используемого в качестве опорного для определения с помощью компаратора DA2 прекращения роста напряжения на аккумуляторной батарее. Двоичный счетчик DD2.2 вырабатывает сигнал на выключение устройства при постоянстве напряжения на батарее в течение заданного времени. На транзисторах VT1, VT2 собран узел управления реле К1. Светодиод HL1 зеленого цвета индицирует включение устройства. Светодиод HL2 красного цвета зажигается при ошибочном подключении батареи в обратной полярности. После исправления ошибки потребуется сменить предохранитель FU2.
принципиальная схема в развернутом виде


Рисунок 4 – Схема электрическая принципиальная
4 Принцип работы устройства.
Перед включением его в сеть необходимо подключить к зажимам Х1 и Х2 аккумуляторную батарею. Далее нажимают кнопку SB1. Через замкнутые контакты кнопки и конденсатор С1 на трансформатор Т1 подается напряжение сети. К вторичной обмотке трансформатора подключен выпрямительный мост на диодах VD1...VD4, с которого снимается пульсирующее напряжение, создающее ток зарядки аккумуляторной батареи. Два диода этого моста совместно с диодами VD5, VD6 образуют второй выпрямительный мост, постоянное напряжение с которого после сглаживания конденсатором СЗ подается для питания узла на транзисторах VT1, VT2. Цифровая часть устройства запитана от микросхемного стабилизатора DA1, обеспечивающего высокую стабильность и низкий уровень пульсаций выходного напряжения.

Зарядка аккумуляторной батареи. Через диод VD7 пульсирующее напряжение поступает на фильтр низких частот R4-C3, снижающий пульсации до уровня, при котором они не оказывают заметного влияния на работу компаратора DA2. С конденсатора СЗ постоянное напряжение, пропорциональное напряжению на клеммах заряжаемой батареи, через резистивный делитель напряжения R21-R22 поступает на неинвертирующий вход компаратора DA2 (вывод 3). На инвертирующий вход компаратора (вывод 4) поступает напряжение с резистивной матрицы R11...R20. В момент включения устройства дифференцирующая цепь C5-R10 формирует импульс положительной полярности, который обнуляет все счетчики, за исключением DD2.2. Поэтому напряжение на выходе резистивной матрицы минимально и заведомо меньше напряжения, поступающего на вывод 3 DA2. На выходе компаратора (вывод 9) при этом высокий уровень, который через резистор R26 поступает на вход R (вывод 7) счетчика DD2.2, обнуляя также и его. Напряжение низкого уровня с выхода DD2.2 (вывод 4) через резистор R25 поступает на базу транзистора VT1, закрывая его. Транзистор VT2 при этом открывается, срабатывает реле К1 и своими контактами блокирует контакты кнопки SB1.

Через резистивный делитель R2-R3 на формирователь прямоугольных импульсов, выполненный на элементах DD1.1 и DD1.2, поступает пульсирующее напряжение частотой 50 Гц. С выхода, формирователя импульсы подаются на входы счетчиков DD2.1 и DD5.1. Счетчик DD2.1 совместно со счетчиком DD3 и элементами DD1.3, DD1.4 образуют таймер, отсчитывающий часовые промежутки времени. С целью некоторого упрощения схемы, цикл выбран равным примерно 65 минутам, что практически не влияет на режим зарядки аккумуляторной батареи.

Пока таймер не отсчитал заданный интервал времени, на выходе элемента DD1.4 будет присутствовать логический "0" и, следовательно, на выходе элемента DD4.3 и входе CN (вывод 1) счетчика DD5.1 будет логическая "1", запрещающая работу счетчика. Через час на выходе элемента DD1.4 появится напряжение высокого уровня. Элемент DD4.3 переключится и разрешит работу счетчика DD5.1, а также связанного с ним счетчика DD5.2. На выходе резистивной матрицы начнет формироваться ступенчато возрастающее (в такт входным импульсам) напряжение. Его минимальная величина (при логическом "0" на всех выходах счетчиков) выставляется резистором R19 в процессе регулировки, а максимальная — практически равна напряжению питания счетчиков DD5.1, DD5.2. Весь диапазон выходного напряжения матрицы разбит на 256 ступеней по 16...18 мВ.

Компаратор DА2 сравнивает напряжение на своем неинвертирующем входе, которое пропорционально напряжению на аккумуляторной батарее, с напряжением на выходе матрицы. Как только эти напряжения сравняются, компаратор переключится, и на его выходе появится напряжение низкого уровня. Элемент DD4.3 также переключится, и логическая "1" с его выхода запретит работу счетчика DD5.1. Таким образом, на инвертирующем входе компаратора зафиксируется напряжение, пропорциональное напряжению на заряжаемой аккумуляторной батарее на данный момент времени.

При переключении компаратора переключится логический элемент DD4.4. Логическая "1" с его выхода поступит на вход (вывод 6) элемента DD4.1, на втором входе которого (вывод 5) также присутствует логическая "1". Элементы DD4.1, DD4.2 переключатся, высокий уровень напряжения с выхода DD4.2 через диод VD12 обнулит счетчики DD2.1 и DD3, возвращая их и связанные с ними логические элементы DD1.3. DD1.4, DD4.1, DD4.2 в исходное состояние.

Импульс положительной полярности с выхода элемента DD4.2 поступит также на вход СР счетчика DD2.2 (вывод 2), однако счетчик не изменит своего состояния, поскольку на его входе R (вывод 7) в течение некоторого времени, определяемого постоянной разряда конденсатора С6 через резистор R26, поддерживается высокий уровень напряжения.

По мере зарядки аккумуляторной батареи напряжение на ней постепенно увеличивается. Пропорционально увеличивается напряжение на неинвертирующем входе компаратора DA2. Когда оно превысит напряжение на инвертирующем входе, компаратор переключится, на его выходе вновь появится напряжение низкого уровня, и при появлении на выходе элемента DD1.4 логической "1" описанный выше процесс повторится вновь.

Так будет продолжаться до тех пор, пока рост напряжения на аккумуляторной батарее не прекратится (пока изменение напряжения на неинвертирующем входе компаратора не выйдет за пределы текущей ступени на выходе резистивной матрицы R11...R20). В этом случае появление на выходе элемента DD1.4 напряжения логической "1" не вызовет переключения элемента DD4.3. Счетчики DD5.1, DD5.2 и компаратор останутся в прежнем состоянии, конденсатор С6 разряжен. Поэтому импульс положительной полярности, поступивший с выхода элемента DD4.2 на выход СР счетчика DD2.2, будет им "учтен". При повторении (через час), той же ситуации, на выходе 2 (вывод 4) счетчика появится напряжение высокого уровня, которое поступит через резистор R25 на базу транзистора VT1, что вызовет отпускание якоря реле К1 и отключение устройства от сети.

Если в течение второго часа напряжение на аккумуляторной батарее увеличится настолько, что это вызовет переключение компаратора DA2, то появившееся на его выходе напряжение высокого уровня через резистор R26 обнулит счетчик DD2.2. Таким образом, выполняется требуемое инструкцией по эксплуатации батарей условие неизменности напряжения на заряжаемой аккумуляторной батарее в течение двух часов подряд.

Положительная обратная связь, введенная в компаратор через делитель R23-R22, создает небольшой гистерезис, что способствует более четкому переключению компаратора в условиях медленно меняющегося входного напряжения и обеспечивает защиту от помех, вызываемых небольшими пульсациями напряжения на его входах.

При случайном отключении аккумуляторной батареи от клемм зарядного устройства, напряжение на вторичной обмотке трансформатора Т1 и выходе моста VD1...VD4 резко возрастает. Открывается стабилитрон VD8, что приводит к открыванию транзистора VT1 и выключению устройства.

С целью защиты диодов VD1...VD4 при случайном подключении аккумуляторной батареи в обратной полярности, в устройство введен предохранитель FU2.

^ 5 ПЕРЕЧЕНЬ И НАЗНАЧЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ
5.1 ПЕРЕЧЕНЬ ЭЛЕМЕНТОВ К ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЕ

Перечень входящих в состав рассматриваемой электрической схемы активных элементов и микросхем, на основе которых эти элементы выполнены, приведён в таблице 1.
Таблица 1 – перечень элементов к электрической схеме



Обозначение на принципиальной схеме

Условное обозначение микросхемы

Кол-во

Примечание

1.

DD1, DD4

K561ЛА7

8

Двухвходовой элемент И

2.

DD2, DD5

К561ИЕ10

5

Два синхронных двоичных счетчика-делителя (без дешифратора)

3.

DD3

К561ИЕ16

1

Счетчик пульсации

4.

DA1

78L09

1

Стабилизатор напряжения

5.

DА2

К554СА3А

1

Компаратор

6.

VD1…VD4

2Д202В

1

Двухполупериодная мостовая схема

7.

VD5, VD6

КД106А

2

Диоды

8.

VD7, VD9, VD10, VD11, VD12

КС522А

5

Диоды

9.

VD8

КС522А

1

Стабилитрон

10.

VT1

КТ3102Б

1

Транзистор

11.

VT2

КТ608Б

1

Транзистор

12.

К1

РЭС22

1

Реле



^ 5.2 НАЗНАЧЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ СХЕМЫ
Назначение каждого из элементов описано в Таблице 2.

Таблица 2 - Назначение элементов схемы

Обозначение элемента

Назначение элемента


Т1

Преобразует напряжение 220 вольт в 14,5 вольт

VD5, VD6,С3

Образуют питание узла на транзисторах

VD1, VD4

Выпрямляет переменное напряжение

VD7, R4, C3, R21, R22

Снимается напряжение пропорциональное напряжению на клеммах аккумулятора

DA1

Питает цифровую часть устройства, обеспечивая высокую стабильность и низкий уровень пульсаций напряжения

DD1.1, DD1.2, R9

Формирует прямоугольные импульсы 50 Гц

DD2.1,DD3, DD1.3, DD1.4

Образуют таймер, определяющий периодичность контроля за ростом напряжения

DD5, R11-R18

Образуют управляемый генератор ступенчатого возрастающего напряжения

DA2

Сравнивает опорное напряжение с напряжением на аккумулятора

DD2.2

Вырабатывает сигнал на выключение устройства при постоянстве напряжения на батарее в течение заданного времени

VT1,VT2,R6,R7,VD9,R5, VD8,R25

Собран узел управления реле

С1,R1

Собран фильтр для гашения искры на контактах

C5,R10

Формирует импульс положительной полярности, который обнуляет все счетчики.

R2,R3

Резистивный делитель

DD4.3

Запрещает или разрешает работу счетчикам DD5.1,DD5.2

R19

Выставляется минимальная величина напряжения на выходе резистивной матрицы

DD4.1,DD4.2,DD4.4,VD12

Обнуляет счетчики

C4,C7

Фильтр по питанию

HL1,HL2

Индикаторы для контроля работы устройства

R8,VD10

Контролирует правильность подключения аккумулятора

С6, R26

Поддерживает высокий уровень напряжения в течение некоторого времени



^ 6 ОПИСАНИЕ УЗЛОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ
6.1 ОПИСАНИЕ УЗЛА НА ОСНОВЕ DD1.
Узел DD1 выполненный в виде двух блоков: формирователя прямоугольных импульсов частотой 50 Гц, исполненного на элементах DD1.1 и DD1.2, и таймера, построенного на элементах DD1.3 и DD1.4 и выполненного совместно со счетчиками DD2.1 и DD3. Представленный узел реализован на микросхеме К561ЛА7.

Элементы микросхемы реализованы на полевых транзисторах, следовательно, входное сопротивление очень высокое, а энергия, потребляемая от источника питания – мала.

Микросхема построена на четырех элементах 2И-НЕ, которые будут иметь на выходе логическую 1, если хотя бы на один вход поступит логический 0, и будут иметь на выходе логический 0 в остальных случаях.


Рисунок 5 – строение микросхемы К561ЛА7
c:\users\владимир\desktop\этиэл\к561ла7.bmp

Рисунок 6 – Расположение выводов микросхемы К561ЛА7

Таким образом, для всего узла в целом логика работы будет иметь вид (таблица 3)

Таблица 3 - Логика работы узла DD1

DD1.1(вход1)

DD1.3(вход5)

DD1.1(вход2)

DD1.3(вход6)

DD1.1(выход3)

DD1.3(выход4)

DD1.2(входы)

DD1.4(входы)

DD1.2(выход)

DD1.4(выход)

0

0

1

1

0

0

1

1

1

0

1

0

1

1

0

1

1

0

0

1


Входы 1 и 2 соответствуют входам элемента DD1.1, входы 5 и 6 соответствуют входам элемента DD1.3, выходы 3 и 4 – выходам элементам DD1.1 и DD1.3 соответственно. Элементы DD1.2 и DD1.4 инвертируют поступивший на входы сигнал.
^ 6.2 ОПИСАНИЕ УЗЛА НА ОСНОВЕ DD2.
Узел DD2 реализован в виде двух элементов: счетчика DD2.1, являющегося частью таймера определяющего периодичность контроля за ростом напряжения, и счетчика DD2.2, вырабатывающего сигнал на отключение устройства при постоянстве напряжения на АБ.

Рассмотрим строение микросхемы К561ИЕ10 (рисунок 7):
c:\users\владимир\desktop\00611169.jpg

Рисунок 7 – строение микросхемы К561ИЕ10
Рассмотрим логическую схему действия микросхемы серии К561ИЕ10 (таблица 4). При подаче напряжения на вывод CP0 и логической 1 на вывод CP1 осуществляется счет по фронту, при подаче напряжения на вывод CP1 и логического 0 на вывод CP0 осуществляется счет по срезу. В случае подачи произвольного напряжения на оба вывода CP0 и CP1 на всех выходах установиться логический 0. Во всех остальных случаях, счет производиться не будет.
Таблица 4 - Логическая таблица микросхемы К561ИЕ10



Временную диаграмму работы счетчика микросхемы К561ИЕ10 покажем на рисунке 8.



Рисунок 8 – Временная диаграмма одного счетчика микросхемы

^ 6.3 ОПИСАНИЕ УЗЛА НА ОСНОВЕ DA2.
Узел DA2 реализует функцию компаратора, сравнивающего опорное напряжение с напряжением на клеммах аккумулятора. Компаратор DA2 на схеме представлен микросхемой К554СА3А. (рисунок 9)



Рисунок 9 – компаратор К554СА3А
Рассмотрим электрические параметры микросхемы К554СА3:

  • Ток потребления от источника питания U cc1 К554СА3А не более 6 мА, от источника питания U cc2 не более 5 мА;

  • Разность входных токов К554СА3А не более 10 нА;

  • Номинальное напряжение питания (U cc1 15 В + 10%; U cc2 -15 В + 10%);

  • Напряжение смещения нуля К554СА3А не более 6 мВ;

  • Средний входной ток К554СА3А не более 100 нА;

  • Время задержки выключения не более 300 нс;

  • Коэффициент усиления напряжения не менее 1,5 . 10 5;

  • Остаточное напряжение не более 1,5 В.

В таблице 5 приведены предельно допустимые режимы эксплуатации.

Таблица 5 - Предельно допустимые режимы эксплуатации К554СА3

Напряжение питания Uип1

+16,5В

Напряжение питания Uип2

-16,5В

Синфазное входное напряжение

±15В

Предельное входное напряжение

30В

Диапазон рабочих температур

-45..+85°С


^ 6.4 ОПИСАНИЕ УЗЛА НА ОСНОВЕ DD4.

Узел DD4 выполнен на микросхеме К561ЛА7 и состоит из двух блоков: первый включает в себя элемент DD4.3, которой разрешает или запрещает работу счетчиков, и второй – DD4.1, DD4.2, DD4.4, – реализующий обнуление счетчиков.

Рассмотрим строение микросхемы:

c:\users\владимир\desktop\cokol0cf.bmp

Рисунок 10 – Строение микросхемы К561ЛА7

Элементы микросхемы реализованы на полевых транзисторах, следовательно, входное сопротивление очень высокое, а энергия, потребляемая от источника питания – мала.

Как видно из рисунка 11, микросхема построена на четырех элементах 2И-НЕ, которые будут иметь на выходе логическую 1, если хотя бы на один вход поступит логический 0, и будут иметь на выходе логический 0 в остальных случаях.



Рисунок 11 – Расположение выводов микросхемы К561ЛА7

Рассмотрим принцип работы узла DD4.

После того, как таймер DD2.1,DD3,DD1.3,DD1.4 отсчитывает заданный интервал времени, элемент DD4.3 переключается и разрешает работу счетчика DD5.1, а также связанного с ним счетчика DD5.2. На выходе резистивной матрицы начнет формироваться ступенчато возрастающее (в такт входным импульсам) напряжение.

При переключении компаратора переключится логический элемент DD4.4. Логическая "1" с его выхода поступит на вход (вывод 6) элемента DD4.1, на втором входе которого (вывод 5) также присутствует логическая "1". Элементы DD4.1, DD4.2 переключатся, высокий уровень напряжения с выхода DD4.2 через диод VD12 обнулит счетчики DD2.1 и DD3, возвращая их и связанные с ними логические элементы DD1.3. DD1.4, DD4.1, DD4.2 в исходное состояние.

^ 7 аНАЛИЗ И РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ЦИФРОВОГО ВОЛЬТМЕТРА

7.1 Структурная схема цифрового вольтметра
Структурная схема цифрового вольтметра с двойным интегрированием приведена на рисунке 12. Цикл преобразования состоит из двух интервалов времени Т1 и Т2.

В начале цикла устройство управления вырабатывает прямоугольный импульс калиброванной длительности Т1, который подается на электронный переключатель. И за время Т1 с входного устройства через электронный переключатель на интегратор подается входное напряжение постоянного тока. Начинается первый такт интегрирования “вверх”, при котором выходное напряжение интегратора растет по линейному закону:

;
где Uвых – напряжение на выходе интегратора, В;

R – сопротивление, Ом;

C – емкость конденсатора, Ф;

Uвх – входное напряжение, В;

t1 – начальный момент интегрирования (момент появления фронта импульса Т1);

t2 – конечный момент интегрирования.

Крутизна этого напряжения пропорциональна входному напряжению Uвx. В момент t1 (рисунок 13), когда наступило окончание первого импульса, триггер из состояния «0» перебрасывается в состояние «1» , а электронный переключатель отключает входное напряжение от интегратора и к интегратору подключается источник опорного напряжения.

Напряжение на компараторе остается равным «1». И начинается второй такт интегрирования “вниз”, т.к. источник опорного напряжения имеет противоположную полярность по отношению к измеряемому напряжению. Напряжение на выходе интегратора линейно убывает. И в момент t2, когда напряжение на выходе интегратора будет равно «0», тогда компаратор переключится из состояния «1» в состояние «0». И в этот же момент триггер закроется, т.е. на его выходе будет состояние «0» Во время второго такта, когда триггер открыт, через него проходят импульсы высокой частоты на временной селектор, т.е. во временном селекторе импульс, который приходит с триггера, заполняется импульсами высокой частоты, приходящих с генератора тактовой частоты. Это количество импульсов пропорционально измеряемому напряжению.

Начало следующего цикла задается фронтом импульса Т1.


Рисунок 12 – структурная схема измерительного вольтметра



Рисунок 13 - Графики, поясняющие принцип работы вольтметра
7.2 Расчет основных параметров вольтметра
Напряжение на выходе интегратора при интегрировании «вверх» в произвольный момент времени (начало отсчета времени – момент появления фронта импульса длительностью Т1):
;

где RC – постоянная времени интегратора; t – независимая переменная величина (время).

В конце интервала интегрирования напряжение на выходе интегратора:

;
При интегрировании “вниз”:
;
В момент с учетом (1) имеем:
;

Так как процесс интегрирования опорного напряжения заканчивается когда выходное напряжение интегратора становится равным нулю, то, положив в формуле , получим:



Перепишем в виде: ; где tи - время управляющего импульса.

Так как у нас время измерения задано, то время первого такта интегрирования равно : =0,0265, с.

Для более точного расчёта примем ,с.(исходя из того, что в сети существуют помехи и для уменьшения вероятности их появления Т1 возьмём кратным периоду колебания.)

Для обеспечения заданной точности измерения (0.00817%), входное напряжение должно измеряться с точностью 0,000817 В. Следовательно в схеме индикации мы используем 7 индикаторов. Одному вольту входного напряжения у нас соответствует Nx=10000 импульсов. Так как максимальное время измерения Т1,с., то частота счётных импульсов поступающих с генератора равна:

, кГц

Частота управляющего импульса вычислим по формуле:

, Гц
^ 8 СХЕМОТЕХНИКА УЗЛОВ ВОЛЬТМЕТРА
  1   2   3   4

Похожие:

В настоящее время электротехника и электроника рассматриваются как сугубо практические дисциплины, призванные решать бытовые проблемы современного общества iconУчебное пособие по дисциплине “Электротехника и электроника”
Электротехника и электроника. Учебное пособие по дисциплине “Электротехника и электроника”. Часть 1- электротехника. / авт сост....
В настоящее время электротехника и электроника рассматриваются как сугубо практические дисциплины, призванные решать бытовые проблемы современного общества iconА. Х. Синельников электроника в автомобиле
Главными проблемами, стоящими сегодня перед создателями автомобилей, являются улучшение топливной экономичности, снижение токсичности...
В настоящее время электротехника и электроника рассматриваются как сугубо практические дисциплины, призванные решать бытовые проблемы современного общества iconРабочая программа разработана на основе примерной программы учебной...
Зводство» основывается на знаниях таких дисциплин как «Материаловедение», «Химия», «Электротехника и электроника», «Общее устройство...
В настоящее время электротехника и электроника рассматриваются как сугубо практические дисциплины, призванные решать бытовые проблемы современного общества iconТеоретический материал к зачёту «Политическая сфера общественных отношений»
Ситуация начала меняться со второй половины 80-х гг. XX в по мере демократизации общества и трансформации политической системы. В...
В настоящее время электротехника и электроника рассматриваются как сугубо практические дисциплины, призванные решать бытовые проблемы современного общества icon«Семья и ее роль в развитии личности и общества»
Цель: Включить студентов в заинтересованное, аргументированное обсуждение проблемы, значимой для каждого из них; стимулирование формирования...
В настоящее время электротехника и электроника рассматриваются как сугубо практические дисциплины, призванные решать бытовые проблемы современного общества iconЭкзаменационные вопросы по дисциплине «Общая электротехника и электроника»
Расчет электрических цепей постоянного тока с одним источником методом свертывания
В настоящее время электротехника и электроника рассматриваются как сугубо практические дисциплины, призванные решать бытовые проблемы современного общества icon1. Технологии управления в квартире
Электрика в квартире и доме своими руками электротехника и электроника в простом и доступном изложении
В настоящее время электротехника и электроника рассматриваются как сугубо практические дисциплины, призванные решать бытовые проблемы современного общества iconОт греч politike общественные, государственные дела и logos учение,...
Ситуация начала меняться со второй половины 80-х гг. XX в по мере демократизации общества и трансформации политической системы. В...
В настоящее время электротехника и электроника рассматриваются как сугубо практические дисциплины, призванные решать бытовые проблемы современного общества iconЭкзаменационные вопросы Дисциплина «Электротехника и электроника»
Состав и назначение элементов энергетической системы. Электрические станции. Электрические сети
В настоящее время электротехника и электроника рассматриваются как сугубо практические дисциплины, призванные решать бытовые проблемы современного общества iconЗадача изучения данной дисциплины состоит в том, чтобы будущий специалист...
Целью занятий является оказание помощи студентам в усвоении положении действующего законодательства, повышение уровня знаний
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2015
контакты
userdocs.ru
Главная страница