Пример расчета электронного компаратора

Требуется рассчитать компаратор на базе микросхемы, работаю­щий в системе двухпозиционного регулятора температуры. Схема регу­лятора приведена на рис. 6,

Рис.6

 

Где,

V₀   - опорное напряжение (уставка);

V₂  - текущее напряжение;

V₃ - выходное напряжение микросхемы;

 I₃ - выходной ток микросхемы;

V_н  - напряжение управления нагревателя;

 I_н - ток управления нагревателем.

 

 

Назначение устройства состоит в поддержании температуры муфель­ной печи. Датчик температуры (термопара) вырабатывает напряжениеV₁ , пропорциональное текущей температуре, оно усиливается до определенной величины V₂  усилителем и подается на инвертирующий вход компа­ратора, на не инвертирующий вход которого подается опорное напряжение V₀ , соответствующее эталонной температуре t₀’ , которую нужно поддерживать. При понижении температуры ниже величины t₀’ на выходе компаратора вырабатывается напряжение V₃> 0, которое, пройдя че­рез делитель, вызывает включение нагревателя.

Температура в печи, а следовательно и величина V₂ , начинает расти и по достижении величины t₀’ компаратор вырабатывает V₃ =0 , нагреватель выключается и т.д. Процесс работы компаратора представ­лен на рис. 7.

Рис.7

 

 

Расчетная часть

Исходные данные для расчета:

1. По результатам расчета  установлено, что  соответствует

.

2. выходное сопротивление усилителя =10 Ом.

3. напряжение управления нагревателем =2 В.

4. ток управления нагревателем =4 мА.

На рис.8 представлена схема электрического принципиального устройства – компаратор, выполненного на базе микросхемы.

Рис.8

 

Подходящую микросхему-компаратор можно выбрать из большого числа серий микросхем, например К554, К521, К597, а также других. Микросхема-компаратор в своем обозначении содержит символ СА, например К597 СА3.

Возможно в качестве микросхем-компаратора использование микросхем-операционных усилителей практически всех серий – К140, К 153, К 561, К 553, например К 140 УД 8Б.

Микросхема-компаратор выбирается из условий:

По справочнику (6) микросхема К554 СА1 подходит по всем параметрам, но для нее I_вых =0,5 мА < I_н = 4 мА, следовательно она нас не удовлетворит.

По справочнику (6) подходящей является микросхема К521 СА3,

для которой:         

= +15 В > 2V₀ =8 B

I_вх= 0,1 мкА < I₂ = V₀ /R_у=400 мА

= + 15 B > V₃ =2 B

I_вых = 50 мА > I_н =4 мА

Кроме того, I_пм+ =6 мА - ток потребления микросхемы от положительного источника питания ; I_пм- =5 мА - ток потребления микросхемы от отрицательного источника питания.

Величина уставки V₀ задается делителем R₁ , R₂ . при этом желательно, чтобы приведенные сопротивления по обоим входам были равны, т.е.:

 

R_у = R₁ || R₂ =  но

     значит R₁ = 2,75R₂

Отсюда R_у =

Поэтому R₂ =3,75R_у /2,75=13,6 Ом, R₁ =37,5 Ом

Ориентируясь на ряд Е 24 ГОСТ 2825-87, определяем ближайшие номиналы: R₁ =39 Ом

       R₂ = 13 Ом

Мощности, рассеиваемые резисторами, определяем как:

3,1 Вт; 1,2 Вт

По каталогу (8) выбираем к установке резисторы:

 

R₁ → ОМЛТ-5-39 Ом ± 20%; 

R₂ → ОМЛТ-2-13 Ом ± 20%

 

При срабатывании компаратора имеет место V₃ = V_п =15 В, однако по заданию необходимо напряжение V_н =2 В, следовательно необходим делитель R₃ , R₄ . величины сопротивлений определим, исходя из максимального выходного тока микросхемы I_вых =50 мА.

Рассеиваемые ими мощности определим как:

По каталогу (8) к установке принимаем:

 

R₃ → ОМЛТ-1-270 Ом ±20%;

R₄ → ОМЛТ-0,125-43 Ом±20%.

 

Общий ток потребления устройства складывается из потребления делителя R₁ , R₂ и микросхемы:

I_потр =I_д +I_пм+ +I_пм- =288+6+5=299 мА

 I_д = Е_п / (R₁ +R₂ )= 15/52 = 288 мА

Номиналы цепи балансировки нуля R₅ , R₆ выбираем из рекомендованных справочником на микросхему.

Рассчитанные элементы компаратора сведены в табл.1.

 

                                                                             Таблица 1

Обозначение	Наименование	Тип	Количество
DA 1	Компаратор	К521 СА3	1
R1	Резистор	ОМЛТ-5-39 Ом	1
R2	Резистор	ОМЛТ-2-13 Ом	1
R3	Резистор	ОМЛТ-1-270 Ом	1
R4	Резистор	ОМЛТ-0,125-43 Ом	1
R5	Резистор	ОМЛТ-0,125-3 кОм	1
R6	Резистор	СП 5-2-0-0,5-3 кОм	1

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

1. По результатам расчета определены типы и номиналы элементов компаратора, который отвечает решению поставленной задачи.

2. Определен ток потребления, который в свою очередь определяет потребляемую мощность.

3. Определенная потребляемая мощность является отправной точкой для расчета параметров источника питания.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. М.: Энергия, 1977.

2. Жеребцов И.П. Основы электроники. Л.: Энергия, 1974.

3. Основы промышленной электроники. /Под ред. В.Г.Герасимова. М.: Высшая школа, 1986.

4. Проектирование РЭА на интегральных микросхемах /Под ред. С.В.Якубовского. М.: Радио и связь, 1986.

5. Т.М.Агаханян. Интегральные микросхемы. М.: Энергоатомиздат, 1983.

6. Справочник по интегральным микросхемам. /Под ред. Б.В.Тарабрина. М.: Энергия, 1984.

7. О.В.Миловзоров, И.Г.Панков. Электроника. М.: Высшая школа, 2005.

8. Резисторы. Каталог Элорг. М., 1983.