Разработка и расчёт принципиальной схемы источника питания индуктора. Разработка и расчёт компаратора

3. Разработка и расчёт принципиальной схемы

3.1 Разработка и расчёт принципиальной схемы    источника питания индуктора

Источник питания должен запитывать индуктор переменным током, частота, которого кратна частоте питающей сети f_сети/32. Для этой цели служит компаратор К, делитель на 32 и усилитель мощности УМ.

3.1.1 Разработка и расчёт компаратора

Для преобразования синусоидального сигнала промышленной частоты, снимаемого со вторичной обмотки питающего трансформатора, в прямоугольные однополярные импульсы той же частоты  служит компаратор К. Принципиальная схема компаратора представлена на рис.3.1.1 Цепочка из резистора R16 и диодов VD1 и VD2 служит для ограничения входного сигнала приблизительно до уровня 0,7 В. Диоды VD1 и VD2 выбираются исходя из условия:

U_обр.d.max > U_вх

 

Исходя из этого условия выбираем диоды КД521А:

I_пр.мах=50 мА

U_пр=1В при I_пр=50 мА

U_обр.d.max=75 В

Резистор R16 выбираем из условия :

Выбираем резистор R16=15 кОм

 

   Рис. 3.1.1 Схема компаратора

Непосредственно компаратор представляет собой операционный усилитель с дозированной положительной обратной связью. Выберем операционный усилитель 544УД2, имеющего большую скорость нарастания выходного сигнала.

Операционный усилитель 544УД2 имеет следующие параметры :

коэффициент усиления                                                  - 20000 

скорость нарастания выходного сигнала, В/мкс           - 20

напряжение смещения, мВ                                            - 30

входные токи, мА                                                           - 0,1

Положительная обратная связь создаётся резисторами R17, R18. Эта  схема представляет собой триггер Шмитта и резисторами R17, R18 создаётся порог срабатывания этого компаратора. Пороговое напряжение определяется по формуле :

 

Т.к коэффициент усиления нам необходим большой (для создания прямоугольных импульсов), то принимаем его равным 1000

Вычисляя по формуле (R17+R18)/R17

Выбираем резисторы :

R17=130 Ом

R18= 300 кОм

При этих наименованиях резисторов пороговое напряжение равно приблизительно 5 мВ.

Т.к. питание однополярно, то после компаратора ставим выпрямитель VD3, R19, пропускающий только импульсы положительной полярности. VD3 выбирается из условия :

U_обр.d.max > U_{вых.мах.оу}

 

Выбираем КД521А.

R19 должен удовлетворять условию :

         или   R19 > R_н , где R_н – минимальное сопротивление нагрузки операционного усилителя.

Выбираем R19=2,7 кОм.

3.1.2 Разработка и расчёт делителя

Делитель предназначен для получения прямоугольных импульсов с частотой f_сети /32. Выбор данного коэффициента деления предусматривал влияние постоянной времени индуктора на скорость нарастания пиающего тока в катушке электромагнитного датчика.

Принципиальная схема делителя представлена на рис.3.1.2. Делитель собран на интегральной микросхеме К176ИЕ1 серии КМОП.

	Uпит = 9В Iпот = 8 мкА U0вых = 0,3В  U1вых = 8,2В

                      Uвх                                                               f/32

 

рис.3.1.2 Делитель частоты.

Эта микросхема является простейшим шестиразрядным асинхронным двоичным счётчиком импульсов. Она имеет счётный вход С, установочный вход асинхронного сброса R и шесть выходов, на которых содержимое счётчика выдаётся двочным числом.

3.1.3 Разработка и расчёт усилителя мощности

Усилитель мощности предназначен для питания индуктора прямоугольными, однополярными импульсами с периодом 0,64 с. Т.к. индуктор должен запитываться током, то катушку мы включаем в цепь обратной связи операционного усилителя DA6 (рис.3.1.3).

 

									Rш

 

Рис.3.1.3 Усилитель мощности

Для увеличения нагрузочной способности операционного усилителя на его выходе стоит усилитель мощности, выполненный на транзисторе КТ814. Резистором  R20 задаётся ток протекающий через индуктор.

Для того, чтобы исключить влияние тока, протекающего через индуктор, на счётчик, то перед усилителем мощности необходимо включить эмитерный повторитель.

3.1.4 Разработка и расчёт преобразователя  ток – напряжение