Электроника и микросхематика

Приводится схема, ее печатный вариант, и спецификация. На плате предусмотрим клеммы для подключения питания Up, GND, входного сигнала и выходного сигнала, подключаемого к электродвигателю.Рисунок 4.4 – Расстановка компонентов преобразователя на печатной платеРисунок 4.5 –Разведенная печатная плата преобразователяРисунок 4.6 – 3Dмодель преобразователяТаблица 4.1 – Перечень элементов преобразователяПоз.НаименованиеКолПримечаниеКОНДЕНСАТОРЫC1K30-35330мкФ×50В1C21206 1 мкФ1РЕЗИСТОРЫR1-R7МЛТ-0.5-1кОм7R8-R9МЛТ-0.5-10 кОм2ТРАНЗИСТОРЫQ1-Q2IRF49052Q3-Q4IRF32052Q5-Q62N22222ДИОДЫD1-D210BQ01525 Расчет параметров симисторного коммутатора5.1 Расчет параметров и выбор компонентовДля управления температурой резистивной нагрузкой Rн (нагревательный элемент) от сети напряжением Uc (по варианту), использован симисторный преобразователь.Таблица 1.4 – Исходные данные к проектированию симисторного регулятора мощностиСимисторныйAC-ACUвх,BR,ОмФазовоеуправлениеШИМПараметрымоделирования2138035+-α=1200Схема данного преобразователя приведена на рисунке 5.1.Рисунок 5.1 – Схема симисторного управления напряжениемЕе особенностью является управление с микроконтроллера (вход) гальванически развязанной нагрузкой «Load» через оптопару серии moc и подобные.Управление возможно активной или активно-индуктивной нагрузкой. В курсовой работе предусмотрено управление только активной нагрузкой с сопротивлением, заданным по варианту от сети напряжением.При фазовом управлении регулируется длительность подключенного состояния нагрузки к сети внутри каждого полупериода (рис. 5.2).Рисунок 5.2 – Фазное управление напряжениемПри таком подходе, как правило, используют схемы синхронизации через вход микроконтроллера Um(input), поэтому используются оптопары без контроля перехода напряжения через ноль. В курсовой работе нужно искусственно синхронизировать генератор импульсов с напряжением сети. Для этого используется транзисторный оптрон (например pc817) с обратным диодом для защиты от обратного напряжения(рис.5.3).Рисунок 5.3 – Модель с фазным управлением напряжениемНапряжение управления («Um(output)» на рис.5.3) Uμ от Arduino- 5В от STM32 - 3В (задается по варианту). Выходное напряжение оптрона используется в микроконтроллере для синхронизации с сетью. Для этого на вход микроконтроллера подается сигнал с 4го вывода микросхемы pc817 «Um(input)».Определяем амплитуду напряжения сетиТок нагрузки определяется по закону Ома. С учетом коэффициента запаса 1.3…1.5 по току (IT(rms)) и напряжению Vdrm(datasheetсимистора) подбирается симистор как ближайший больший[сайт digikey - поискtriac]. Выбираем симистор T1610-600IT(rms))=16 А, Vdrm=600 ВОптопара выбирается по напряжению Vdrm, току Igt (около 100 мА) [сайт digikey – поиск moc] и наличию ZCC. Выбираем оптопару PC817При определении R2 считаем, что на диоде оптопары падает напряжение Vf (forvardоптопары из datasheet). Тогда при напряжении Vcc по варианту и токе If (datasheet оптопары) на резисторе R2 должно падать напряжение (Vcc- Vf).Выбираем R2=3.9 кОм.Транзистор выбирается по току If и напряжению Vcc [сайтdigikey – поискnpntransistor]. Если ток базы Iбmin>If/hfe (коэффициент передачи по току из datasheet), - транзистор откроется. Отсюда резистор:Uμ - напряжение питания микроконтроллера; Iбmax=1.5…3мА. Пример R1=2кОмРезистор R3 ограничивает максимальный ток оптосимистора ITSM (datasheetоптопары), откуда:Поиск симисторов можно осуществляем в [https://ru.farnell.com/c/semiconductors-discretes/thyristors/thyristors-triacs]. Резисторы выбираются ближайшие большие из ряда сопротивлений.Примеры расчетов и разных режимов работы [https://studio-diy.3dn.ru/news/ispolzovanie_optotiristorov/2016-02-12-76].5.2 Моделирование в ProteusОсциллограммы должны быть приведены для всех важных узлов схемы. Рисунок 5.4 – Осциллограммы исследуемых сигналов5.3 Создание печатной платы в PCBLayoutПроектирование печатной платы осуществляем в программной среде PCBLayout. Приводится схема, ее печатный вариант, и спецификация. На плате необходимо предусмотреть входные разъёмы для напряжения сети, для питания таймера или работы с оптопарами и выходные разъёмы для подключения нагрузки.Рисунок 5.5 – Расстановка компонентов коммутатора на печатной платеРисунок 5.6 –Разведенная печатная плата коммутатораРисунок 5. – 3Dмодель коммутатораТаблица 5.1 – Перечень элементов преобразователяПоз.НаименованиеКолПримечаниеОПТОПАРЫU1MOC30531U2PC8171СИМИСТОРЫU3Q5025R51РЕЗИСТОРЫR1МЛТ-0.5-2кОм1R2МЛТ-0.5-3.9кОм1R3МЛТ-0.5-620 Ом1R4-R5МЛТ-0.5-51кОм2R6МЛТ-0.5-10кОм1ЗАКЛЮЧЕНИЕВ ходе выполнения данной курсовой работы разрабатывались электронные схемы следующих устройств:1) Двухполярный (однополярный) источник питания (для питания датчика на эффекте Холла компенсационного типа); 2) Схема согласования аналогового сигнала от датчика и АЦП микроконтроллера; 3) Преобразователь напряжения для электропривода постоянного тока маленькой мощности (применяемых в миниатюрных роботах); 4) Преобразователь переменного напряжения для управления нагревательной нагрузкой. Также производилось имитационное моделирование разработанных схем в среде Proteus, разрабатывались печатные платы устройств в программе PCB Layout САПР Proteus. В результате выполнения данной курсовой работы получены теоретические знания в области схемотехники, получены практические навыки работы со средами моделирования и автоматизированной разработки электронных устройств. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ1. Практическая электроника, электронный ресурс, URL: https://hardelectronics.ru/stabilizator-ams1117-lm1117.html2. Операционный усилитель, электронный ресурс, URL: https://cxem.net/beginner/beginner96.php3. Компэл: электронные компоненты, электронный ресурс, URL: https://www.compel.ru/4. Электрик инфо, электронный ресурс, URL: https://electrik.info/main/praktika/1510-vybor-drayvera-dlya-mosfet-primer-rascheta-po-parametram.html5. Микросхемы КМОП, электронный ресурс, URL:https://go-radio.ru/mikrocxemi-kmop.html6. Школа для электрика, электронный ресурс, URL:https://electricalschool.info/electronica/1981-osnovnye-kharakteristiki-simistorov.html