Фазоимпульсный модулятор на тиристорах

Данное устройство предназначено для фазоимпульсной модуляции.

Генератор пилообразного напряжения выполнен на транзисторе VT1 и двухбазовом диоде (или однопереходном транзисторе) VT2, конденсаторе С1 и резисторе R3.

Угол отсечки регулируется с помощью второго однопереходного транзистора VT3, на котором также построен генератор импульсов.

Схема довольно проста, легко настраивается и перестраивается, обладает высокой надежностью.Ва

Применяется для регулирования тока (напряжения) накала в печах.

Краткое описание работы.

Схему можно разбить на три основных функциональных блока.

2.1.Описание работы устройства.

Генератор пилообразного напряжения, построенный на транзисторе VT1, конденсаторе С1 и резисторе R1, вырабатывает импульсы, подаваемые на однопереходный транзистор ОПТ, который в свою очередь открывает на время транзистор VT4, обеспечивающий подачуВа импульсов продолжительности t на нагрузку RH. Для фазовой модуляции импульсов используется схема на ОПТ VT3.

2.2.Описание работы генератора пилообразного напряжения.

При подключении напряжения UBXВа на транзистор VT1 конденсатор С1 начинает заряжаться через транзистор и резистор R1 до напряжения U(t1),определяемого величиной напряжения включения ОПТ.

Зарядившись до указанной величины конденсатор С1 начнет разряжаться через ОПТ VT2 и резистор R3.

2.3.Описание работы генератора импульсов.

При подаче напряжения на транзистор VT1 тиристор VT4 и двухбазовый диод (ОПТ) VT2 остаются запертыми, а конденсатор С1 начнет заряжаться через открытый транзистор VT1 и резистор R1. При достижении величины напряжение UЭ ВКЛ , при котором эммиттер - база 1 ОПТ VT2 окажется открытым. В этот момент включаетсяВа VT2 и конденсатор С1 разряжается через цепь эмиттер-база1 VT2 и резистор R3.

Импульс, снимаемый с этого резистора, отопрет тиристор VT4 и напряжение источника питания окажется приложенным к нагрузке. Пока ток нагрузки IH>IУД тиристор остается открытым. Длительность задержки:

.

Когда открыт VT4, ток через нагрузку RH заряжает конденсатор С2 по цепи R4-C2-VT4. После заряда конденсатора С2 и отпирания VT5 от генератора модулирующего сигнала, конденсаторС2 подключается параллельно тиристору. Продолжительность заряда.При этом положительная обкладка конденсатора С2 окажется подключенной к катоду, а отрицательная тАУ к аноду. Т.о. к прибору прикладывается обратное напряжение . В цепи, образованной конденсатором VT5 и тиристором VT4 возникает обратный ток, который проходит через прибор в обратном направлении. Когда результирующий ток прибора становится меньше IУД, последний запирается.

Должно быть

Емкость

,

где IПР А - прямой ток нагрузки τВЫКЛ, мкс.

При этом заряд одного импульса тока, где Е=UП

tТС мин для VT4, мкс 0,707С2R4

Если варьировать моментом отпирания тиристора, то ток через прибор и нагрузку будет протекать только в течение какой-то определенной части импульса. Так при небольшой задержке тиристор может быть отперт в начале импульса, при больших задержках тАУ в любой точке импульса, либо в его конце. Тем самым можно регулировать средний за период ток, проходящий в нагрузке, от максимального почти до нуля. Такой способ управления называется фазовым регулированием или фазовым управлением, фазовым модулированием поскольку при этом изменяется сдвиг фаз между импульсом и началом протекания прямого тока.

Математическая модель устройства.

Генератор первообразногоВа напряжения.

Рассмотрим процесс заряда тАУ разряда емкости С1 в импульсном режиме.

ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (1)

ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (2)

Уравнение заряда конденсатора С1

ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (3)

Уравнение разряда конденсатора С1

ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (4)

Решая дифференциальные уравнения, получим:

, где время заряда емкости С1

- время разряда емкости С1

Решая эту систему получим выражение для амплитуды длительности импульса и периода через параметры схемы.

Выражение для амплитуды примет вид

Длительность импульса.

В таком случае период

Математическое описание блока формирующего импульсное напряжение на нагрузке.

Уравнение заряда емкости С2

ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (5)

Уравнение разряда емкости С2

ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (6)

Экспоненту заряда емкости С2 запишем в виде

, где ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа(7)

Экспонента разряда

, где ВаВа(8)

Время заряда емкости С2

Время разряда

Период

ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (9)

Ва (9)

Математическая модель всего устройства.

ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (1)

ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (2)

ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (3)

ВаВаВаВа (4)

ВаВаВаВаВаВаВаВа (5)

ВаВа (6)

ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа(7)

где

ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (8)

где

ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (9)

Ва(9)

4. Синтез схемы.

4.1.Последовательный расчет фазоимпульсного модулятора.

Выбираем транзистор VT1, исходя из его способностей пропустить ток заряда конденсатора С1 за время q2 и выбираем двухбазовый диод Uc1 и пропускаем ток падение напряженияВа которого на резисторе R3 открывает тиристор VT4. Выбираем тиристор VT4, напряжение VБ12 которого меньше 30B и время отпертого состояния которого соответствует времени q1.

Рассчитаем величину емкости С1

Задаемся временем заряда

Из формулы (3) время заряда

, откуда

Выбираем транзистор задаваясь временем заряда и током ,

Где t3-время заряда емкости С1,tnVT1-время переключения транзистора VT1 можно не учитывать в виду его малости по сравнению c tЗ (tnVTВ»)

Задаемся q2=tp тАУ временем разряда емкости С1.

Из уравнения (3) получаем

Из уравнения (4) находим R4

ВаВаВа (9а)

Решая совместно уравнение (1) и (2) получим

ВаВа (10)

Ва (11)

Таким образом, получили все номиналы элементов, образующих требуемый модулируемый импульс.

Численный расчет схемы.

Выбираем транзистор МП42Б служащий для устройств переключения и с небольшим сопротивлением RКЭ, которые в основном определяется сопротивлением коллектора rk

Выбираем тиристор К4104Б со следующими характеристиками:

Постоянный ток в закрытом состояниеВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа Iзс = 0,5мВ

Отпирающий постоянный ток управленияВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа IY от=20мА

Отпирающее постоянное напряжение управленияВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа UУ от=2В

Напряжение в открытом состояниеВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа UОС=2В

Неотпирающее постоянное напряжение управленияВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа UУНОТ=0,1В

Время включенияВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаtвкл=0,29мkс

Время выключенияВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа tвыкл=2,5мkс

Предельно допустимые параметры:

Постоянное напряжение в закрытом состояниеВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа UЗ с max=30B

Постоянное обратное напряжениеВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа UОБР max=6B

Постоянный ток в открытом состоянииВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа IОС min=0,1A

Постоянный прямой ток управленияВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа IУ min0=0,03B

Средняя рассеиваемая мощностьВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа PСР РАС=0,2В

Выбираем двухбазовый или управляемый диод, или однопереходной транзистор ОПТ: К117А со следующими предельно допустимыми параметрами:

Ток эмиттераВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа IЭ max=50мА

Ток эмиттер-базаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа IЭБО max=1мкА

Ток включенияВаВаВаВаВаВа ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаIВКЛ max=20мкА

Ток выключенияВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа IВЫКЛ min=1мА

Напряжение на базахВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаUБ12 max=30B

Напряжения насыщения эмиттер-базаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа Umax ЭБ нас=5В при IЭ=50мА

Коэффициент КВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа К=0,6

Сопротивление между базамиВаВаВаВаВаВаВаВаВа ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаRБ12=6кОм UЭК=0,6В·27=16,2

Резистор

берем 1,1Ом.

Напряжение питания схемы берем UП=27В

Емкость конденсатора

берем 0,016мкФ.

Время разряда

Подставляем значения в формулу (10) и определяем R3

Подставляя значения в формулу 11, определяем R2.

По формуле (9а) считаем:

берем 62Ом.

Совершенно аналогично для тех же времен заряда и разряда, то есть для аналогичной модуляции фазой определим:

R6=51Ом, R5=20Oм, , С3=0,016мкФ

ПЭС

ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа R1ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа

ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа VT1ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа R2ВаВаВаВаВаВаВаВа RHВа C2ВаВаВаВа R4Ва R7ВаВа

ВаВаВаВаВаВаВа VT2ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа VT3

ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа T1Ва T2ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа

ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа C1ВаВаВаВаВаВаВаВаВа R3ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа R6ВаВаВаВаВаВаВаВа C3

ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа X1