Расчет радиоэлементов по схеме электрической принципиальной

2.3 Расчет радиоэлементов по схеме электрической принципиальной

Рассчитаем резисторы в базовых и коллекторных цепях ключевых транзисторных каскадов на транзисторах VT1, VT2, VT3.

1)  Задаём рабочий ток светодиодов I_р=8 (мА).

2)  Напряжение насыщения транзистора VT1=0,3 (В).

3)  Падение напряжения на резисторе R6 составит:

U_R6=Е_пит-U_диода-U_нас.;

U_R6=12В-1,7В-0,3В=10 (В).

4)  Величина сопротивления коллекторного резистора:

R6=U_R6/I_p;

R6=10В/8мА=1,25 (кОм).

5)  Из ГОСТированного ряда сопротивлений выбираем номинал:

R6=1,2 (кОм).

6)  Определим мощность рассеивания на резисторе R6:

P_R6=I²_p· R6;

P_R6=(8мА)²· 1,2кОм=76,8 (мВт).

Окончательно выбираем резистор R6 МЛТ – 0,125–1,2кОм±10%.

7)  Определим средний ток базы транзистора VT1:

I_б=I_p/Р_ср;

I_б=8мА/60=0,133 (мА).

Следовательно, чтобы обеспечить ток коллектора I=8 (мА) ток базы транзистора должен удовлетворять условию:

I_б>=0,133 (мА).

С другой стороны выходной ток логического элемента для микросхемы К561ЛА7 не должен превышать I_н<1 (мА).

Выберем величину тока базы I_б=0,75 (мА).

8)  Определим величину сопротивления резистора R4:

R4=(U _«лог1» -U_бэ)/I_б;

R4=(12В-0,6В)/0,75мА=15,2 (кОм).

Выберем номинал из ГОСТированного ряда R4=15кОм.

9)  Определяем мощность рассеивания на резисторе R4:

Р_R4=Iб·R4;

P_R4=(0,75мА)·15кОм=8,4 (мВт).

10)  Выбираем окончательно резистор R4 МЛТ – 0,125–15кОм±10%

Таким образом имеем:

R4=R5=R9=15 (кОм),

R6=R7=R10=1,2 (кОм).

Расcчитаем параметры резисторов R14.

1)  Задаем рабочий ток через диод оптрона I_д=15 (мА);

2)  Определяем падение напряжения на резисторе R14:

U_R14=E_min – U_д-U_нас;

U_R14=12В-2В – 0,3=9,7 (В).

3)  Определяем величину сопротивления R14:

R14=U_R14/I_д=9,7В/15мА=0,64 (кОм).

Выбираем из ГОСТированного ряда сопротивлений величину R14=620 (Ом).

4)  Определяем мощность рассеяния на резисторе R14:

Р_R14=I_д·R14;

P_R14=(15мА)·0,62Ом=139,5 (мВт).

Окончательно выбираем параметры резистора R14 МЛТ – 0,25–620Ом±10%

Рассчитаем параметры резистора R20.

1)  Задаём рабочий ток через стабилитрон VD10 I_cт=15 (мА).

2)  Зададим условие, при котором напряжение на конденсаторе С11 упадет на половину от действующего входного, т.е. U_C11=110 (В).

3)  Определяем реактивное сопротивление конденсатора С11:

Z_C11=U_C11/I_C11,

Z_C11=110В/15мА=7,3 (кОм).

Определяем емкость конденсатора С11:

С11=1/Zω,

C11=1/7,3·10³· 2π·50=0,42 (мкФ).

Выбираем величину ёмкости из ГОСТированного ряда С11=0,47 (мкФ).

4)  Определяем падение напряжения на резисторе R20:

U_R20=220B-U_C11-U_д-U_см,

U_R20=220В-0,6В-12В=97,4 (В).

5)  Определяем величину сопротивления резистора R20:

R20=U_R20/I_см;

R20=97,4В/15мА=6,5 (кОм).

Выбираем из ряда сопротивлений значение R20=6,8 (кОм)

6)  Определяем мощность рассеяния на резисторе R20:

Р_R20=I_cм²·R20,

Р_R20=(15мА)² ·6,8кОм=1530 (мВт)=1.5 (Вт).

Выбираем окончательно параметры резистора R20 МЛТ-2–6,8кОм±10%

Для того, чтобы получить надежную работу датчиков жидкости сопротивление верхнего плеча делителя необходимо выбрать сотни килоом. Как показали эксперименты, хорошая работа датчиков уже была достигнута при величине сопротивления резистора R1, R2, R3–100кОм.

Методика расчета остальных элементов схемы аналогично разложены выше.

2.4 Описание работы устройства по схеме электрической принципиальной

 

Датчик уровня жидкости выполнен на логических элементах DD1.1…DD1.3, представляющих логическую схему 2И-НЕ, реализованную по КМОП технологии микросхемы серии К561ЛА7.

Логический элемент обладает высоким входным сопротивлением порядка единиц мегаом, поэтому во входных цепях можно применять высокоомные делители напряжения.

Рассмотрим работу датчика уровня жидкости на примере элемента DD1.1 В верхнем плече входного делителя датчика используется высокоомный резистор R1 сопротивлением порядка сотен килоом, нижнее плечо делителя представляет собой величину обратнопропорциональную проводимости жидкой среды, в которую погружается щуп датчика, соединяемый с помощью длинного, гибкого шлейфа с входами 1,2 элемента DD1.1. Датчик на элементе DD1.1 контролирует наличие жидкости в колодце.

Если в колодце есть вода и щуп оказывается в неё погруженным, то сопротивление нижнего плеча делится, подключенного ко входам 1,2 элемента DD1.1 значительно уменьшается, по отношению к величине сопротивления резистора R1 и на входе элемента DD1.1 образуется уровень логического нуля, который инвертируется элементом в уровень логической единицы. Конденсатор С1 ёмкостью в доли микрофарад включается параллельно входу датчика, для исключения возникновения низкочастотных наводок переменного тока при большей длине соединяющего шлейфа, которая может достигать нескольких десятков метров и более. Познакомившись с принципом работы датчика уровня жидкости, рассмотрим принцип работы насосной станции.

После подачи напряжения питания предположим, что имеет место следующая ситуация: вода в колодце есть, емкость, которая должна заполняться водой пустая.

При этом на выходе логического элемента DD1.1 появится уровень логической единицы, который поступил на вход 1 логического элемента DD3.1. Так же под действием уровня логической единицы откроется транзистор VT1 и загорится светодиод VD1, который будет сигнализировать о том, что вода в колодце есть.

Так как бак пустой, то на выходе элемента DD1.3, контролирующего верхний уровень установится уровень логического нуля, который поступает на вход S1 триггера DD2.1 и на вход транзисторного ключа VT3, который будет находиться в закрытом состоянии, светодиод VD3 погашен.

На выходе элемента DD1.2 возникает уровень логического нуля, а на выходе элемента DD1.4 уровень логической единицы, который поступает через диод VD1 на вход R1 триггера DD2.1, а также на вход транзисторного ключа VT2. Транзистор VT2 открывается, загорается светодиод VD3, который сигнализирует о том, что бак пуст.

Триггер DD2.1 будет сброшен по входу R1 и на инверсном выходе его 2 будет уровень логической единицы, который через диод VD2 поступит на вход 2 логического элемента DD3.1. Наличие уровней логической единицы, одновременно на входах логического элемента DD3.1 даст на его выходе уровень логического нуля, который будет инвертирован элементом DD3.2 в уровень логической единицы. Этим напряжением открывается транзистор VT4 и через светодиод оптрона DA2 начинает протекать ток, который откроет транзисторы оптрона. Напряжение на коллекторе транзисторов оптрона станет близким к нулю. В результате откроется транзистор VT5 и напряжение управления с делителя R18, R19 откроет симистор VD9. В результате напряжение сети 220В, 50Гц поступает в цепь нагрузки – разъём Х5. К цепи нагрузки подключается электрический насос. Вода начинает поступать в заполняемую ёмкость. Как только датчик нижнего уровня в заполняемой ёмкости окажется в воде на выходе элемента DD1.4 установится уровень логического нуля. Однако триггер DD2.1 остаётся в сброшенном состоянии, транзистор VT4 продолжает находится в открытом состоянии, напряжение управления поступает на симистор, который также остаётся в открытом состоянии, насос продолжает работать.

Как только уровень жидкости достигнет верхней отметки, сработает датчик на элементе DD1.3. На выходе элемента установится уровень логической единицы, который поступит на вход S1 триггера DD2.1. Триггер перебросится и на его инверсном выходе 2 установится уровень логического нуля. Одновременно откроется транзистор VT3 и загорится светодиод VD4, сигнализируя о том, что бак наполнен.

На выходе 4 логического элемента DD3.2 установится уровень логического нуля. Транзистор VT4 закроется в результате чего перестанет работать оптрон, закроется транзистор VT5 и симистор VD9. Напряжение сети отключается от нагрузки, ёмкость перестаёт наполняться.

В таком состоянии устройство будет находиться до тех пор, пока уровень воды не опустится ниже положения датчика нижнего уровня. При этом триггер DD2.1 сбросится по входу R1 и весь рассмотренный цикл повторится сначала.

При установки тумблера SA2 в положение «РУЧНОЕ», тумблером SA3 можно включить насос в любое время при наличии сигнала о том, что есть вода в колодце. В таком режиме следует следить за уровнем воды в ёмкости по показаниям светодиодов или визуально.