Аналоговые интегральные схемы

Выбор элементов схемы мощного и предмощного каскада, частей гальванической развязки. Формирование коротких импульсов и схемы ШИМ. Структура защиты от перегрузок для предотвращения выхода системы из строя в критических режимах работы электронного блока.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Содержание

Введение

1. Постановка задачи

2. Выбор и обоснование схемы

3. Расчет мощного каскада

4. Расчет предмощного каскада

5. Расчет гальванической развязки

6. Схем задержки (защита от сквозных токов)

7. Расчет схемы широтно-импульсного модулятора

8. Задатчик

9. Формирование ООС по току

10. Расчет источников питания

11. Расчет схемы защиты от длительного пускового режима, КЗ

12. Системные расчеты

Вывод о качественных показателях САУ

Заключение

Литература

Введение

Электроника проникает во все новые области науки и техники. Она давно уже вышла за рамки техники связи и обработки данных и в настоящее время применяется в измерительной аппаратуре, системах управления и регулирования.

Электроника имеет короткую, но богатую событиям историю. Первый ее период связан с простейшими передатчиками ключевого действия, и способными воспринимать их сигналы приёмниками, которые появились в начале нашего века. Затем наступила эпоха вакуумных ламп, которая ознаменовала собой возможность претворения в жизнь самых смелых идей. В истории развития электроники наблюдается тенденция уменьшения стоимости устройств при увеличении объема их производства. Современный этап развития человеческого общества характеризуется все возрастающим проникновением электроники во все сферы жизни и деятельности людей. Достижения в области электроники в значительной мере способствуют успешному решению сложнейших научно-технических задач, повышению эффективности решения научных проблем, созданию новых машин и оборудования, разработке эффективных технологий и систем управления, получению материалов с уникальными свойствами, совершенствованию процессов сбора и обработки информации.

Результаты изучения электронных процессов и явлений, а также исследование и разработка методов создания электронных приборов и устройств получают свое воплощение в многообразных средствах электронной техники, развитие которой происходит по двум тесно пересекающимся направлениям. Первое из них связано с созданием электронных видов аппаратуры, систем для научной и практической деятельности человека.

1. Постановка задачи

Одной из важнейших задач техники является автоматическое управление каким-либо процессом или объектом. Система автоматического управления должна обеспечить определенное функционирование объекта при заданных воздействиях. Однако из-за наличия различных возмущающих воздействий фактическое состояние объекта управления будет отличаться от желаемого. Поэтому система автоматического управления (САУ) должна учитывать не только алгоритм функционирования объекта, но и причины, вызывающие отклонения от заданного состояния или фактического состояния. В настоящее время в технике используются три основных метода построения систем управления.

Метод разомкнутого контура (см. рис. 1).

Рис.1.1 Структурная схема системы автоматического управления

ЗУ - задающее устройство

УУ - устройство управления

ОУ - объект управления

f - возмущающее воздействие

Алгоритм управления вырабатывается только на основе заданного функционирования объекта управления. При наличии возмущающих воздействий f состояние объекта отличается от заданного. Этот метод применяется тогда, когда можно измерить возмущающее воздействие. Затем, по результату измерения вводится изменение в алгоритм управления, которое компенсировало бы возмущающее воздействие.

В системах автоматического управления используется другой метод (см. рис.1. 2).

Он позволяет повысить точность, но компенсируются только воздействия, которые измеряются, т.е. невозможно учесть все факторы, влияющие на функционирование схемы. В таких системах ошибку рассогласования никогда нельзя свести к нулю. Поэтому используется третий метод.

При управлении по методу обратной связи корректировки в алгоритм управления вносятся по фактическому положению объекта управления. Этот метод является самым оптимальным, т.к. заключает в себе следующие достоинства:

- минимальная погрешность управления;

- схема отличительно проста;

- система устойчива.

Рис.1.2. Структурная схема системы автоматического управления

3) Метод обратной связи (см. рис 1.3).

Рис.1.3. Структурная схема САУ с обратной связью

В курсовом проекте необходимо спроектировать такую систему, которая поддерживала бы температуру на определённом уровне посредством изменения скорости вращения исполнительного двигателя САУ.

Скорость двигателя изменяется под действием температуры. Таким образом, имеем функционально замкнутую систему. В общем случае система может быть статической или астатической. Признаком астатизма является наличие в схеме интегрирующих звеньев. В астатической системе мощный каскад раccчитывается на пусковой режим двигателя с возможностью реверса.

2. Выбор и обоснование схемы

Свойство полупроводниковых транзисторов и тиристоров работать в ключевом режиме со временем перехода из закрытого состояния в открытое и обратно за микросекунды, позволяет осуществить импульсное управление двигателем. Наибольшее распространение получили схемы якорного управления двигателем, когда на якорную обмотку двигателя независимого возбуждения периодически подается постоянное напряжение. При этом за время включенного состояния от источника к двигателю происходит передача энергии, одна часть которой передается через вал двигателя к нагрузке, а другая накапливается в виде электромагнитной энергии. За счет последней двигатель продолжает развивать вращающий момент в отключенном состоянии.

Наибольшее распространение получили 2 схемы управления двигателем в режиме широтно-импульсной модуляции (ШИМ):

- "П"-образная схема представленная на рис. 2.1;

- "Т"-образная схема представленная на рис. 2.2.



Рис.2.1. "П"-образная схема

Рис.2.2. "Т"-образная схема

Как и каждая из схем, используемых в радиоэлектронике, обе эти схемы имеют свои достоинства и недостатки, причем недостатки эти зависят еще и от способа управления двигателем:

симметричного способа управления двигателем;

несимметричного способа управления двигателем.

Достоинством симметричного метода управления двигателем является ее несложность, а недостатки следующие:

когда вращения нет, то по цепи якоря двигателя протекает переменный ток из-за чего возможна вибрация вращающейся части двигателя под действием переменного тока - дрожание, (военные считают это достоинством симметричного способа управления, так как при дрожании размягчается смазка, уменьшается нечувствительность);

одновременно коммутируются все четыре ключа, отсюда вытекает, что это ведет к высоким потерям на ключах в импульсе.

Достоинством схемы несимметричного управления является то, что ток протекает через один ключ (в 2 раза меньше потери как в статике, так и в динамике).

Обе схемы содержат одинаковое число элементов, причем диоды применяются не только для защиты от ЭДС самоиндукции, а и для защиты от рекуперации (возврата энергии обратно источнику питания).

Если в первой схеме все 4 транзистора одной проводимости, то во второй схеме - комплементарные пары, благодаря чему все эммитерные электроды имеют общую точку - "земля 2" цепи управления (предмощные каскады) могут питаться от одного источника питания, в то время, как в первой схеме необходимо 3 источника питания предмощных каскадов, гальванически развязанных отдельно для каждого транзистора (это недостаток первой схемы в сравнении со второй схемой).

Вторая схема лучше, ей необходимы комплементарные пары, а также транзисторы VT1, VT3 и диоды VD1, VD3 должны выдерживать двойное напряжение в сравнении с первой схемой.

В данном курсовом проекте задана Т-образная схема и интегральный закон управления выходным каскадом.

Данная схема подключена непосредственно к предмощному каскаду, так как для открывания мощных транзисторов необходим большой ток. Предмощный каскад подключается к оптопаре. Это необходимо для того, чтобы токи высоких частот большой силы не создали помех для работы высокочуствительного формирователя ШИМ. Гальваническая развязка на оптопарах способствует более безопасной работе схемы. Т.к. выходное напряжение с измерительного моста задатчика имеет величину нескольких мВт, то необходим усилитель этого выходного сигнала. После усилителя сигнал поступает на схему ШИМ. Устройство питается от источников напряжения стабилизированных и не стабилизированных.

3. Расчет мощного каскада

Рис3.1

Схема выходного каскада показана на рис.3.1.

Двигатель постоянного тока питается через м...