D.C.E (DCE) - Detector de nivel

STI

A SI TELECOMUNICATII

TEMA DE PROIECT

Sa se proiecteze un detector de nivel cu urmatoarele caracteristici

in gama 6.12V

tie al tensiunii u_i, u_P =9V

sire , u_O : 0 , daca u_i<u_P-u_H si 6V 5% , daca u_i>u_P;

sire , R_L=3W

ta de intrare , r_i>1,66MW

ta de iesire , r_o<0.6W

tii

atoarele blocuri functionale:

sire;

tie si E.R.S. .

si bA 723.

itive ce au in practica numeroase aplicatii,de la automatizari si multimetre electronice,pana la convertoarele analog-numerice.Implementarea detectoarelor de nivel se poate face folosind circuite integrate comparatoare de tensiune specializate(de tipul bM339,bM2904 etc.),in care caz caracteristica de transfer nu prezinta histerezis,sau folosind circuite integrate detectoare de nivel cu fereastra de histerezis.Acestea din urma contin un circuit basculant tip "trigger Schmitt",care prezinta o caracteristica de transfer cu o zona de histerezis.

In lucrarea de fata este necesara obtinerea unei ferestre de histerezis,deci s-a folosit un circuit tip "trigger Schmitt".

in tensiune

ulta ca circuitul va avea o caracteristica de transfer u f(u_i) de tipul celei din figura 1.

Schema-bloc a circuitului este prezentata in figura 2.

u₀₂=u_i3 R_S u_o

2.Etajul de iesire

 

Schema etajului de iesire este data in figura 3.

Fig.3-Etajul de iesire.

In continuare se va descrie functionarea etajului de iesire .

2.1.Functionarea etajului

Daca tensiunea de intrare in acest bloc este mare,de cca. 7V (vezi sectiunea 3.1) atunci Q₁ este saturat,avand jonctiunea B-E polarizata direct.Ca urmare,in baza lui Q₂ exista un potential scazut si acesta,fiind de tip pnp,se va satura.Un fenomen asemanator se petrece si la nivelul lui Q₃,deci si acesta se va satura.Tensiunea la iesire va fi maxima: u_o= E-V_EC3sat=6V .

a tensiunea de intrare in acest bloc este mica (egala cu cca. 2,8V-vezi sectiunea 3.1),atunci Q₁ este blocat si, printr-un mecanism asemanator cu cel de mai sus, rezulta Q₂ si Q₃ blocati. In acest mod rezulta ca tensiunea la iesire este minima,u₀=0V,deoarece prin sarcina nu circula curent.

2.2 Dimensionarea circuitului

Q₃ va lucra saturat/blocat si in starea saturat va suporta un curent de 6V/3W=2A.Din catalog se alege Q₃ de tip 2N5872 (b=20100,V_{ECsat max}=1V la I_c=4A, P_max=117W, I_{c max}=15A) .Se justifica astfel de ce am ales E=u_0max+ V_{ECsat max}=7V.

Determinam I_b3satmin=2A/20=100mA, curent care este suportat de Q₂.R₁ inchide curentul rezidual de colector al lui Q₂;caderea de tensiune pe R₁ este de maxim 0,7V, astfel incat I_R1<=0,7mA.

200mA,pentru o saturare sigura a lui Q₃.Alegem Q₂ de tip BD140/25 (b=170300,V_{CEsat max}=1,1V la I_c=0,5A, P_max=12,5W, I_{c max}=1A).

Din relatia : E=V_EB2+V_EC1sat+R₂I_c1sat rezulta,prin inlocuire numerica, R₅=26,5W si se ia R₅=27W

Avem I_{b1sat min}=200mA/170 1,2mA,care este suportat de Q₁.

Q₁ suporta curentul de baza al lui Q₂,deci alegem Q₁ de tipul BC107 (b=125400,V_cesatmax=0,6V la I_c=100mA, P_max=1W, I_cmax=500mA).Daca se ia R₂ suficient de mare, Q₁ suporta doar curentul de baza al lui Q_2, R₂ avand rol de inchidere a curentului rezidual de colector al lui Q₁.Se ia I_b1=3mA, suficient pt. saturarea lui Q₂.

Caderea de tensiune pe R₃,cu Q₁ saturat,este:

5V,

deci R₃=U_R3/I_c1=5/3 1,5kW

a astfel incat curentul prin R_2,cu Q₁ saturat,sa fie mult mai mic decat I_b2,pt, a nu influenta PSF-ul calculat pentru Q₁.Practic se ia I_R4=I_b2/100=12mA.

Cunoscand U_R4=V_EB3+V_EB2 1,4V,rezulta R₄=1,4V/12mA 120kW

La saturatie,Q₁ are Ic₁=1,2mA,deci I_{b1sat min}=1.2mA/125 mA.Etajul comparator ,cu Q₂|_comp blocat,poate suporta fara nici un dubiu acest curent.

ze un curent mai mare ca I_{b1sat min}, pt. a nu-l satura pe Q₁.

olvata inseriind intre colectorul lui Q₂|_comp si Q₁ un rezistor R₁ de valoare mare,astfel incat suma caderilor de tensiune pe R₁,pe jonct. B-E a lui Q₁ si pe R₃ sa fie foarte apropiate de E:

Rezulta:

W, practic se ia R₁=620kW

tie,Q₃ disipa P_Q3=2A_*1V=2W,deci radiatorul se va proiecta pt. cel putin 5W.

Q₂ disipa la saturatie P_Q2=0,2_*1,1=0,22W; este bine ca si Q₂ sa fie fixat pe un radiator in forma de "U".

a doar 12mW la saturatie,deci nu necesita radiator.

Avem: P_R5=(I_c2sat)²R₅=1,1W, deci se ia R₅ de 2W.

Astfel se aleg R₁R₄ cu valorile precizate,din clasa E24( 5%),de tip RCG1025,iar R₅ din aceeasi clasa,dar de tip RMG1100.

3.Etajul comparator

Schema etajului comparator este data in figura 4.

3.1 Functionarea circuitului si relatii de proiectare

Triggerul Schmitt poate fi considerat un CBB cu structura asimetrica.Circuitul se compune din doua tranzistoare cu cuplaj in emitor (prin rezistentaR₅).Circuitul prezinta particularitatea ca starea bistabilului e determinata de valoarea tensiunii aplicate la intrare .

Considerand U_i=0, Q₁ e blocat, iar Q₂ e in conductie datorita curentului de baza dat de divizorul R₁,R₃,R₄. Se poate calcula valoarea tensiunii U_R5:

U_R5=E R₄/(R₁+R₃+R₄)]-V_BE2

Crescand U_i, Q₁ se va mentine blocat pana cand U_i atinge valoarea de prag:

U_i1=U_R5+V_BE1= E R₄/(R₁+R₃+R₄)]

In acest moment ,Q₁ trece in conductie si forteaza Q₂ blocat; din acest moment tensiunea la iesire are valoarea U_o2max=E, si ramane constanta ,oricat de mult am creste U_i.

Bascularea inversa se face atunci cand U_R4-U_R5 V_BE:

U_R4=R₄/(R₁+R₃+R₄)_*(E-R₁I_C1)

Valoarea curentului de colector pentru Q₁ este:

I_C1 U_i/R₅.

Rezulta urmatoarele expresii pt. pragurile de basculare:

U_i2=

U_i1=

Tensiunea de iesire este:

U_iesmin==2,8V

U_iesmax 7V

Alegand pragurile de basculare U_i1=2,33V si U_i2=3V (explicatia alegerii acestor praguri e data la sectiunea 4.1) si, tinand cont de valorile tensiunii de iesire,rezulta valorile componentelor din schema.Toate rezistoarele se aleg din clasa E24 ( 5%),de tip RCG 1025.

Condensatorul C are rolul de a accelera procesul de comutatie,valoarea sa se alege astfel incat |X_C|<<R la frecvente egale cu frecventa semnalului de intrare.Practic, pentru C=1mF se obtine o scadere a timpului de basculare cu cca. 35%.

Pentru a ajusta cu precizie pragurile de basculare, R₅ si R₃ se pot inlocui cu potentiometre semireglabile de 5kW,din seria

Tensiunea maxima de intrare e data de intrarea in saturatie a lui Q₁:

U_{i max}= 4,21V,

BC107 (b=125400,V_cesatmax=0,6V la I_c=100mA, P_max=1W, I_cmax=500mA).Tinand cont de tipul de tranzistoare folosite,se obtine o rezistenta de intrare :

bR₅=125_*3,3kW 400kW (minim), cand Q₁ e in conductie.

4.Etajul de intrare

in conexiune EC, polarizat de Q₅+R₄;

-Q₇ si Q₈ etaj final in clasa B,polarizat cu un curent de repaus dat de D₁D₃,R₆ si R₇

Fig.5-Etajul de intrare

Tranzistoarele din etajul diferential Q_1,2 functioneaza in mod simetric la curenti I_D1,2<I_DSS/2,iar Q₃ suporta curentul I_D3=I_D1+I_D2 .Ca atare,alegem Q_1,2,3,5 de tipul BF256 (I_DSS=610mA,V_T=-1-3V , V_DSmax=30V).

In cele ce urmeaza, vom presupune valorile tipice: I_DSS=8mA,V_T=-2V .

Curentul I_D3 este dat de relatiile:

Rezulta, dupa calcule, V_GS3 -0,6V si R₇ W

Rezistoarele R_1,2 se aleg astfel incat caderile de tensiune pe ele sa fie egale cu V_CB4+V_DG5, iar Q₄ si Q₅ sa fie plasate in regiunile utile:

-Q₄ in RAN Þ V_CB4>0;

-Q₅ saturat ÞV_DS5>|V_GS5-V_T|.

In regim static,tensiunea de iesire e nula,deci V_A=-2V_EB-R₇I_r -1,2-0,6=-1,8VÞV_CE4=V_A+E=5,2V (I_r este curentul de repaus al etajului final) Þ V_CB4=4,6V.

Q₄ lucreaza la I_C4=4mA, pentru a avea un b stabil, deci I_D5=4mA;va rezulta ca V_GS5=-0,6V si R₄= =150W

Rezulta V_DS5>2-0,6=1,4V; se alege V_DS5=2V. Va rezulta:

U_R1,2=V_DS5+R₄I_C4+V_CB4=2+0,15_*4+4,6=7,2V;

R_1,2= U_R1,2/I_D1,2=7,2/2=3,6kW

In regim static,tensiunea pe R₅ este: U_R5=E-V_BE7=6,4V;Q₆ lucreaza la curentul impus de Q₉: I_C6= = 4mA, deci R₅=U_R5/I_C6=6,4/4=1,6kW.Q₉ este tot de tip BF256, iar R₉=150W

Etajul final lucreaza la un curent de repaus dat de relatia:

3V_D=2V_BE+(R₆+R₇)I_r .

Se alege I_r=10mA si R₆=R₇ Þ R₆=R₇=0,6/(2*10mA)=30kW

Divizorul rezistiv R₁₀+R₁₁ divizeaza tensiunea de intrare cu 3, obtinand astfel un interval de tensiuni de 24V, in loc de 612V. Ca urmare,pragurile de tensiune de 7V si 9V devin 2,33V , respectiv 3V ( am procedat astfel deoarece tensiunile de alimentare sunt de 7V).

Q_4,7 se aleg de tipul BC107 (b=125400,V_cesatmax=0,6V la I_c=100mA, P_max=1W, I_cmax=500mA), iar Q_6,8 de tipul BC177 (b=125400,V_cesatmax=0,6V la I_c=100mA, P_max=1W, I_cmax=500mA).

Toate rezistoarele se aleg din clasa E24( 5%),de tipul RCG 1025, cu exceptia R_3.4.9, care se aleg de tipul RMG 1025 si aceeasi clasa. C este din seria EG6800 ( 20%) , si are valoarea 100mF/16V.

5.Stabilizatorul de tensiune

Stabilizatorul de tensiune este realizat pe baza a 2 CI bA723, dupa o schema cu reactie si ERS,si cuprinde 2 surse de alimentare:

-o sursa pozitiva de 7V,necesara alimentarii tuturor etajelor,proiectata pentru un curent maxim de 5A;

-o sursa negativa de -7V, necesara alimentarii etajului de intrare,proiectata pentru un curent maxim de 100mA.

Protectiile la supracurenti se fac prin limitarea cu intoarcere a caracteristicii curent-tensiune.

Schema stabilizatorului de tensiune e data in figura 6.

5.1 Proiectarea sursei pozitive

Relatiile de proiectare, pentru sursa pozitiva, sunt:

; ;.

Introducand E=7V si alegand R₁=5,1kW, respectiv R₂=7,5kW rezulta R₆=3,6kW respectiv R₇=5,6kW

R₅ se alege astfel incat P_R5|_Iomax<10W: P_R5=I_OM²R₅<10W Þ R₅< W;practic se ia R₅=0,33W la o putere de 10W.

Introducand R₅ in relatia lui I_OM si alegand R₄=1,8kW Þ R₃=13kW.Rezulta I_SC 250mA.

Tranzistoarele Q_1,2 suporta fiecare cate un curent I_Cmax 2,5A, deci se aleg de tip 2N3055 (b=20 100, P_max=117W, I_{c max}=15A).Q₃ suporta un curent maxim egal cu 2.5A/20= 125mA, deci se alege de tip BD139/25 (b=170300, P_max=12,5W, I_{c max}=1A).

Rezistoarele R_8,9=0,33W/10W servesc la compensarea diferentei de tensiune B-E ce poate sa apara intre Q₁ si Q₂.

Toate rezistoarele se aleg de tip RCG1025,clasa E24( 5%), cu exceptia R_5,8,9 care se iau de tip RBE 1010 , clasa E12(

Puntea redresoare este formata din diode de tipul 6Si2P(I_FRM=10A, V_RRM=200V), iar C_1,2 sunt de

capacitate 1000mF/16V(seria EG6800 , 20%).Transformatorul are secundarul de 2x7V_ef.

5.2 Proiectarea sursei negative

Tensiunea la iesire si curentul maxim sunt date de relatiile:

, respectiv .

Introducand (-E)=7Vsi alegand R₁₀=7,5kW ,R₁₁=5,1kW, rezulta R₁₂=12kW si R₁₃=5,1kW

Introducand I_OM=100mA si alegand R₁₇ astfel incat P_R17<0,5W (adica R₁₇=2W/0,5W),rezulta R₁₅= =3,6kW si R₁₆=1,6kW

Q₅ este de tip BC107 (b=125400, P_max=1W, I_cmax=500mA),iar Q₄,care suporta I_OM=100mA, de tip BD140/25 (b=170300, P_max=12,5W, I_{c max}=1A).Rezistorul R₁₄ , de 2kW, are rolul de a polariza baza lui Q₅.

Toate rezistoarele se aleg de tipul RCG1025, exceptand R₁₇, care e de tipul RMG1050.Clasa de toleranta este E24.

Fig.6-Stabilizatorul de tensiune

1.Tensiuni si curenti in PSF

1.1Etajul de iesire

Tranzistor	Marimea calculata						IC(mA)		VCE(V)		Pd(mW)		IC(mA)		VCE(V)		Pd(mW)		IC(A)	VCE(V)	Pd(W)
min	max	min	max	min	max	min	max	min	max	min	max
1.2 Etajul comparator Tranzistor 1.3 Etajul de intrare Tranzistor Pentru diode: IDmin=2.38mA VD=0.695V Pdmin=1.65mW IDmax=5.13mA VD=0.717V Pdmax=3.68mW. Document Info Accesari: 3109 Apreciat: Comenteaza documentul: Nu esti inregistrat Trebuie sa fii utilizator inregistrat pentru a putea comenta Creaza cont nou A fost util? Daca documentul a fost util si crezi ca merita sa adaugi un link catre el la tine in site Copiaza codul: in pagina web a site-ului tau. <a href="https://www.scritub.com/tehnica-mecanica/PROIECT-DCE-DCE-Detector-de-ni44679.php" target="_blank" title="D.C.E (DCE) - Detector de nivel - https://www.scritub.com">D.C.E (DCE) - Detector de nivel</a> eCoduri.com - coduri postale, contabile, CAEN sau bancare Politica de confidentialitate | Termenii si conditii de utilizare Copyright © Contact (SCRIGROUP Int. 2024 )