Универсальный блок питания (стр. 2 из 9)
Элемент «И» строим на элементе И-НЕ микросхемы К561ТЛ1
Так же в состав схемы управления входят переключатели SA1, SA2, дискретные элементы: конденсаторов С1, С3, резисторах R1-R3, R5.
Усилитель строим транзисторе КТ814А(Iк.max=1,5А, Uкэ.max=40В
Uбэ.нас=1.2, Uкэ.нас=0.6В,h21min=40)
Генератор прямоугольных импульсов выполняем на микросхеме D триггера К561ТМ2, элементов RC цепи: С6, С7, R9, R10.
В качестве электронного ключа используем импульсный трансформатор ТИ228, который предназначен для обеспечения определенных условий передачи мощности от непосредственного источника сигнала к выходному сигналу, резистор R13, конденсаторы С9 и С10, симистор TC112-16(Uзак.max=1200 В, Uу.от=3В, напряжение в открытом состоянии Uотк=1,8 В, ток управления Iу.от=100mA, Iзкр=3 мА, Iотк.max=16А)
Блок питания строим на трансформаторе типа ТПП204 c последовательным соединением обмоток, диодном мосте и интегральном стабилизаторе напряжения КP1157ЕН12A (Uвых=12±0.24В, минимальное падение напряжение между входом и выходом 2В, Iпотр≤5mA, Uвх.макс≤35В, Iвых.макс=100мА, Pрас=1,3Вт)
В схеме применены оксидно-электролитические конденсаторы типа К50-35 номинальным напряжением 25В, отклонением емкости от номинального значения ±20%, керамические монолитные конденсаторы К10-17б номинальным напряжением 50В и отклонением емкости от номинального значения ±20%, постоянные тонкопленочные резисторы С2-33Н номинальной мощностью 0.125Вт и 0.25Вт. /4/,/5/
1.3 Разработка схемы электрической принципиальной
В начальный момент времени конденсатор С1 находится в разряженном состоянии и после подачи питания удерживает уровень логического 0 на время, достаточное для установки триггера DD2.2 в состояние логической 1 на выводе 13 и логического 0 на выводе 12.
При нахождении переключателя SA2 положении «закачать» «лог. 1» с вывода 13 DD2.2 разрешит работу элемента DD1.2, тем самым пропуская сигнал с генератора прямоугольных импульсов на базу VT1. Транзистор, усиливая сигнал по мощности, наводит ЭДС в трансформаторе TV2. Переменное напряжение, наводимое в TV2, через токоограничивающий резистор подается на управляющий вывод симистора, тем самым открывая его и подавая напряжение питания на нагрузку.
Вода дойдя до нижнего датчика уровня, изменит уровень «лог. 1» на входе DD1. на значение «лог. 0». Пройдя через элементы DD1.3 и DD1.1, уровень «лог. 0» дважды инвертируется и на входе "S" элемента DD2.2 появляется логический 0. Верхний датчик уровня еще сухой, и на входе DD1.4 присутствует уровень «лог. 1», следовательно на входе "R" DD2.2 присутствует «лог. 0», и триггер хранит полученную в момент предустановки информацию (вывод 13 – «лог. 1», выв. 12 – «лог. 0»).
Вода, дойдя до верхнего датчика уровня, подаст на вход DD1.4 логический 0, на выходе сформируется логическая 1, которая переведет триггер DD2.2 в состояние установки 0. На выводе 13 DD2.2 появится логический 0, запрещающий работу элемента DD1.2, и, соответственно, прекратит работу ключ на VT1, симистор закроется, и насос выключится. По мере расхода воды верхний датчик уровня откроется, и на входе DD1.4 установится «лог. 1». Соответственно, на входе "R" DD2.2 появится «лог. 0», и триггер будет хранить записанную информацию. Вода, продолжая убывать, откроет нижний датчик уровня, на входе DD1.3 и на выходе DD1.1 появится «лог. 1», триггер установится в состояние 1, при котором на выв. 13 поступает «лог. 1», на выв. 12 – «лог. 0», и насос снова начнет заполнять резервуар. Так циклы расхода и заполнения будут повторяться снова и снова.
Если переключатель SA2 находится в положении "Выкачать", то работа устройства изменится на противоположное, т. е. насос будет работать до тех пор, пока уровень воды не опустится ниже нижнего датчика уровня, а "отдыхать" - пока вода не поднимется до верхнего датчика уровня.
Кнопка SA1 предназначена для принудительного включения/выключения нагрузки. Размыканием ее контактов на вход "С" триггера DD2.2 подается «лог. 1», что приводит к записи информации, находящейся на входе "D", а т. к. он соединен со своим инверсным выходом, следовательно при каждом нажатии на SA1 состояние триггера будет меняться на противоположное, соответственно включая или выключая нагрузку. /2/
1.4 Расчет усилителя c электронным ключом
Рисунок 1 – Усилитель с электронным ключом
Исходные данные:
напряжение питания нагрузки U=220 В;
мощность нагрузки Р=800 Вт;
Параметры микросхемы DD1:
напряжение питания UП=12 В;
выходное напряжение логического нуля U0вых=0,05В;
выходное напряжение логической единицы U1вых=9,95 В;
выходной ток логического нуля и единицы Iвых0= Iвых1=1,3 мА.
1.4.1 Расчет электронного ключа
Определяем ток нагрузки IН, А по формуле
, (1)где - IH –ток нагрузки, А
P- мощность потребляемая нагрузкой, Вт
U- напряжение питающей сети, В
(А)Определяем сопротивление нагрузки RH, Ом по формуле
(2) 
Т.к. в первый момент времени после подачи напряжения в нагрузку возникают «пусковые» токи превышающие номинальный ток в 2-3 раза то необходимо подобрать симистор с номинальным током превышающим ток нагрузки минимум в 4 раза.
Выбираем симистор ТС112-16 с параметрами:
максимальное напряжение в закрытом состоянии Uзак.max=1200 В;
напряжение между управляющим электродом и катодом Uу.от=3В;
напряжение в открытом состоянии Uотк=1,8 В;
ток управления Iу.от=100mA
ток в закрытом состоянии Iзкр=3 мА
максимальный допустимый ток в открытом состоянии Iотк.max=16А;
температура корпуса Тк=85˚С;
температура среды Тс=70˚С.
Рассчитаем площадь радиатора S, см2, необходимого для охлаждения корпуса симистора по формуле (6) Для этого рассчитаем значение мощности Рзак, Вт, выделяемую симистором в закрытом состоянии и значение мощности Ротк, Вт выделяемую симистором в открытом состоянии. При этом учитываем, что максимальная мощность будет при максимальном напряжении питания, которое равно 220+10%.
(3) 
(Вт) 
(4) 
(Вт)Следовательно, что расчёт площади радиатора следует вести для того случая, когда на симисторе выделяется больше энергии
Между корпусом и радиатором также существует сопротивление, но в данном случае этим сопротивлением можно пренебречь и поэтому будем считать, что радиатор имеет такую же температуру, как и корпус.
(5) 
(С/Вт) 
, (6)где RР.С., ˚С/Вт – сопротивление перехода радиатор – среда, определяемое по формуле (5).
(см2)Такую суммарную площадь должны иметь все грани радиатора.
Для гальванической развязки цепи питания нагрузки и транзистора выбираем импульсный трансформатор ТИ228 с параметрами:
входной максимальный ток Iвх=60 мА;
входное максимальное напряжение Uвх.max=60 В.
1.4.2 Расчет усилителя
Выберем в качестве ключа транзистор КТ814А с параметрами
Iк.max=1,5А
Uкэ.max=40В
Uбэ.нас=1.2
Uкэ.нас=0.6В
h21min=40
Находим Iбн по формуле
Iбн=1.5×Iк/h21min (7)
Iбн=1.5×0.03Iк/40=0.0011(А)
Находим значение сопротивления R11
, (8)где Uвых1 – напряжение логической единицы на выходе микросхемы DD1, В
= 8100 (Ом)Из стандартного ряда Е24 выбираем сопротивление 8,2 кОм и определяем мощность рассеиваемую на резисторе по формуле