Фазоімпульсний модулятор на тиристорах

Курсова робота по курсу: "Електроніка"

Московський Авіаційний Інститут імені Серго Орджонікідзе

Кафедра 301

Москва 2000 рік.

Схема пристрою:

R1

Uп

Uвх -

- VT1 R2 RH C2 R4 R7

VT2 VT3

T1 T2

C1 R3 R6 C3

Технічні дані:

Напруга живлення схеми: Eп = ± 27В

Умови експлуатації: температура, ° С (-50 ÷ +60)

Частота роботи схеми: f = Гц

Тимчасові діаграми.

Введення.

Цей пристрій призначений для фазоімпульсной модуляції.

Генератор пилкоподібної напруги виконаний на транзисторі VT1 і двухбазовом діоді (або одноперехідному транзисторі) VT2, конденсаторі С1 і резистори R3.

Кут відсічки регулюється за допомогою другого одноперехідного транзистора VT3, на якому також побудований генератор імпульсів.

Схема досить проста, легко настроюється і перебудовується, має високу надійність.

Застосовується для регулювання струму (напруги) напруження в печах.

Короткий опис роботи.

Схему можна розбити на три основних функціональних блоки.

2.1.Опісаніе роботи пристрою.

Генератор пилкоподібної напруги, побудований на транзисторі VT1, конденсаторі С1 і резистори R1, виробляє імпульси, що подаються на одноперехідні транзистор ОПТ, який у свою чергу відкриває на час транзистор VT4, що забезпечує подачу імпульсів тривалості t на навантаження RH. Для фазової модуляції імпульсів використовується схема на ОПТ VT3.

2.2.Опісаніе роботи генератора пилкоподібної напруги.

При підключенні напруги UBX на транзистор VT1 конденсатор С1 починає заряджатися через транзистор і резистор R1 до напруги U (t1), обумовленого величиною напруги включення ОПТ.

Зарядившись до вказаної величини конденсатор С1 почне розряджатися через ОПТ VT2 і резистор R3.

2.3.Опісаніе роботи генератора імпульсів.

При подачі напруги на транзистор VT1 тиристор VT4 і двухбазовий діод (ОПТ) VT2 залишаються замкненими, а конденсатор С1 почне заряджатися через відкритий транзистор VT1 і резистор R1. При досягненні величини напруга UЕ ВКЛ, при якому емміттер - база 1 ОПТ VT2 виявиться відкритим. У цей момент включається VT2 і конденсатор С1 розряджається через ланцюг емітер-база1 VT2 і резистор R3.

Імпульс, що знімається з цього резистора, відімкне тиристор VT4 і напруга джерела живлення виявиться прикладеним до навантаження. Поки струм навантаження IH> IУД тиристор залишається відкритим. Тривалість затримки:

.

Коли відкритий VT4, струм через навантаження RH заряджає конденсатор С2 по ланцюгу R4-C2-VT4. Після заряду конденсатора С2 і відмикання VT5 від генератора модулюючого сигналу, конденсаторС2 підключається паралельно тиристору. Тривалість заряда.Прі цьому позитивна обкладка конденсатора С2 виявиться підключеної до катода, а негативна - до анода. Т.ч. до приладу додається зворотне напруга. У ланцюзі, утвореної конденсатором VT5 і тиристором VT4 виникає зворотний струм, який проходить через прилад у зворотному напрямку. Коли результуючий струм приладу стає менше IУД, останній закривається.

Повинно бути

Ємність

,

де Іпр А - прямий струм навантаження τВИКЛ, мкс.

При цьому заряд одного імпульсу струму, де Е = UП

tТС хв для VT4, мкс 0,707 С2R4

Якщо варіювати моментом відмикання тиристора, то струм через прилад і навантаження буде протікати тільки протягом якоїсь певної частини імпульсу. Так при невеликої затримки тиристор може бути відімкнуті на початку імпульсу, при великих затримках - у будь-якій точці імпульсу, або в його кінці. Тим самим можна регулювати середній за період струм, що проходить у навантаженні, від максимального майже до нуля. Такий спосіб управління називається фазовим регулюванням або фазовим керуванням, фазовим модулюванням оскільки при цьому змінюється зсув фаз між імпульсом і початком перебігу прямого струму.

Математична модель пристрою.

Генератор первообразной напруги.

Розглянемо процес заряду - розряду ємності С1 в імпульсному режимі.

(1)

(2)

Рівняння заряду конденсатора С1

(3)

Рівняння розряду конденсатора С1

(4)

Вирішуючи диференціальні рівняння, отримаємо:

, Де час заряду ємності С1

- Час розряду ємності С1

Вирішуючи цю систему отримаємо вираз для амплітуди тривалості імпульсу та періоду через параметри схеми.

Вираз для амплітуди набуде вигляду

Тривалість імпульсу.

У такому разі період

Математичне опис блоку формуючого імпульсна напруга на навантаженні.

Рівняння заряду ємності З2

(5)

Рівняння розряду ємності З2

(6)

Експоненту заряду ємності С2 запишемо у вигляді

, Де (7)

Експонента розряду

, Де (8)

Час заряду ємності З2

Час розряду

Період

(9)

(9)

Математична модель всього пристрою.

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

де

(8)

де

(9)

(9)

4. Синтез схеми.

4.1.Последовательний розрахунок фазоімпульсного модулятора.

Вибираємо транзистор VT1, виходячи з його здібностей пропустити струм заряду конденсатора С1 за час q2 і вибираємо двухбазовий діод Uc1 і пропускаємо струм падіння напруги якого на резисторі R3 відкриває тиристор VT4. Вибираємо тиристор VT4, напруга VБ12 якого менше 30B і час відімкнуті стану якого відповідає часу q1.

Розрахуємо величину ємності С1

Здається часом заряду

З формули (3) час заряду

, Звідки

Вибираємо транзистор задаючись часом заряду і струмом,

Де t3-час заряду ємності С1, tnVT1-час перемикання транзистора VT1 можна не враховувати на увазі його малості в порівнянні c tЗ (tnVT »)

Задаємося q2 = tp - часом розряду ємності С1.

З рівняння (3) отримуємо

З рівняння (4) знаходимо R4

(9а)

Вирішуючи спільно рівняння (1) і (2) отримаємо

(10)

(11)

Таким чином, отримали всі номінали елементів, що утворюють необхідний модульований імпульс.

Чисельний розрахунок схеми.

Вибираємо транзистор МП42Б службовець для пристроїв перемикання і з невеликим опором RКЕ, які в основному визначається опором колектора rk

Вибираємо тиристор К4104Б з наступними характеристиками:

Постійний струм у закритому стан Iзс = 0,5 мВ

Отпирающий постійний струм управління IY від = 20мА

Отпирающие постійна напруга управління uу від = 2В

Напруга у відкритому стан Uос = 2В

Неотпірающее постійна напруга управління UУНОТ = 0,1 В

Час включення tВКЛ = 0,29 мkс

Час вимкнення tвикл = 2,5 мkс

Гранично допустимі параметри:

Постійна напруга в закритому стан Uз з max = 30B

Постійне зворотне напруга Uобр max = 6B

Постійний струм у відкритому стані IОС min = 0,1 A

Постійний прямий струм управління IУ min0 = 0,03 B

Середня розсіює потужність Pср РАС = 0,2 В

Вибираємо двухбазовий або керований діод, або одноперехідному транзистор ОПТ: К117А з наступними гранично допустимими параметрами:

Струм емітера IЕ max = 50мА

Струм емітер-база IЕБО max = 1мкА

Струм включення IВКЛ max = 20мкА

Струм виключення IВИКЛ min = 1мА

Напруга на базах UБ12 max = 30B

Напруги насичення емітер-база Umax ЕБ нас = 5В при IЕ = 50мА

Коефіцієнт К К = 0,6

Опір між базами RБ12 = 6кОм UЕК = 0,6 · 27 = 16,2

Резистор

беремо 1,1 Ом.

Напруга живлення схеми беремо UП = 27В

Ємність конденсатора

беремо 0,016 мкФ.

Час розряду

Підставляємо значення у формулу (10) і визначаємо R3

Підставляючи значення у формулу 11, визначаємо R2.

За формулою (9а) вважаємо:

беремо 62Ом.

Цілком аналогічно для тих же часів заряду і розряду, тобто для аналогічної модуляції фазою визначимо:

R6 = 51Ом, R5 = 20Oм,, С3 = 0,016 мкФ

ПЕМ

R1

VT1 R2 RH C2 R4 R7

VT2 VT3

T1 T2

C1 R3 R6 C3

X1

Висновки по роботі.

Розроблено пристрій - фазоімпульсний модулятор. Цей пристрій відповідає заданим вимогам. Розраховано параметри, що дозволяють отримати задані вихідні сигнали. Пристрій має високу ступінь надійності.

Список літератури

С.П. Міклашевський., Промислова електроніка. Вш., 1986.

Л.А. Безсонов., ТОЕ. Вш., 1996.

К.Я. Стародуб., М.М. Михайлов., Промислова електроніка. «Машинобудування»., 1971.

Розрахунок імпульсних пристроїв на напівпровідникових приладах. Під ред. Т.М. Агаханяна., «Радянське радіо».

Довідковий посібник з електротехніки та основ електроніки. Під ред. А.В. Нетушіна. Вш. 1986.