Светодинамические установки (стр. 4 из 10)
5) Т1max=Тв-Тн=
6) Тomax=Тн – Тв=
4.2 Расчет cхемы управления нагрузкой
4.2.1 Цель расчета – определение сопротивления R5 и подбор резистора
4.2.2 Методика расчета
Схема управления нагрузкой содержит такие элементы: контакты для соединения с нагрузкой, тиристоры VD5-VD8, микросхему К155ЛН5 (шесть буферных инверторов с открытыми коллекторами) – DD5.1–DD5.4, микросхему К555ЛА3 (логическая функция И с инверсией) – DD8.1–DD8.4, резисторы R4–R7, а также диоды VD1-VD4.
Сопротивление резистора R5 определяется по формуле:
(4.10)где: Uупр – напряжение схемы управления нагрузкой;
Iвых_м – ток с выхода микросхемы DD5.
Напряжение схемы управления нагрузкой для рассчитываемой схемы составляет 12 В, а ток с выхода микросхемы DD5.2 выбирается исходя из справочных данных микросхемы [1], относящейся к 155 серии технологии ТТЛ: Iвых_м=0,016 А.
4.2.3 Расчет
Исходя из расчета и ряда номинальных значений выбирается сопротивление из гостированного ряда, равное 750 Ом, т.к. ток Iвых_м – это номинальный ток выхода нуля и разброс значений сопротивлений резисторов не выведет его за допустимые пределы.
4.3 Расчет индикатора режимов
4.3.1 Цель расчета - определение сопротивления R12 и подбор резистора
4.3.2 Методика расчета
Индикатор режимов реализуется светодиодами VD17-VD20 красного, желтого, зеленого и синего цветов и резисторами R12-R15.
Сопротивление R12 определяется по формуле:
(4.11)где: Uвых – напряжение на выходе микросхемы DD9;
UVD17 – напряжение на светодиоде VD17 (АЛ102В), определяемое по справочным данным [2];
Iном – ток на светодиоде VD17 (выбирается из справочных данных [2]).
4.3.3 Расчет
Т.к. в расчет взят максимальный ток свечения, то в результате расчета получено минимально допустимое значение сопротивления резистора. Принимается коэффициент запаса 50%, поэтому номинал сопротивления увеличивается в 1,5 раза и округляется исходя из ряда номинальных значений. Выбирается сопротивление, равное 180 Ом.
4.4. Расчет формирователя сброса
4.4.1 Цель расчета – расчет емкости на C12.
4.4.2 Методика расчета
Формирователь сброса включает в себя такие элементы: интегрирующая RC-цепочка, реализованная на резисторе R8 и конденсаторе C12, а также микросхема серии К555ТЛ2 (инвертирующий усилитель с порогом Шмитта) -DD1.1, DD1.2.
Длительность импульса сброса должна превышать один период тактового генератора, чтобы гарантировать установку всех элементов схемы в требуемое исходное состояние. Минимальная частота генератора 4,56 Гц (исходя из расчета), соответственно период равен 0,22 с. Рассчитывается время достижения на входе микросхемы DD1.1 напряжения 1,7 В. Расчет проводится аналогично расчету длительности нулевого состояния тактового генератора по формуле (5.2). Сопротивление R8 выбираем исходя из номинального значения для микросхем 555-й серии (3 кОм).
, (4.12)где: Е – напряжение источника питания;
Uс – напряжение заряда конденсатора (равное напряжению на входе микросхемы DD1.1);
(4.13)Подставим (4.13) в (4.12):
(4.14)4.4.3 Расчет
Выбираем значение С12 согласно гостированного ряда номинальных значений: С12=180 мкФ.
4.5. Расчет блока питания (расчет цепи, состоящей из резистора R3 и транзистора VT1)
4.5.1. Цель расчета – расчет номинала сопротивления R3.
4.5.2 Методика расчета.
Имеем формулу:
, (4.15)где: I1_вх – значение максимального входного тока логической единицы для микросхемы ТТЛ серии К555ЛА3 (берется из справочных данных [1]);
Е – напряжение питания схемы;
Uпор – пороговое значение напряжения логической единицы для микросхем серии К555.
Из формулы (4.15) выразим R3:
(4.16) 4.5.3 Расчет
Согласно формуле (4.16) производится расчет:
Выбирается сопротивление R3, равное 4 кОм, т.к. I1_вх – максимальный входной ток для рассчитываемой микросхемы. Следовательно, рассчитанное сопротивление минимально и коэффициент запаса не учитывается.
4.6 Расчет блока питания (диодного моста VD13-VD16)
4.6.1 Цель расчета - расчет тока диодного моста VD13-VD16
4.6.2 Методика расчета.
Рисунок 4.4 – Изображение блока питания
Расчет производим по формуле:
(4.17)где: Uпит – напряжение питания данной части схемы.
Само устройство имеет два вида питания: +12 В нестабилизированное, проходит через диодный мост VD9-VD12 и сглаживается через конденсатор С1, +5 В стабилизированное, получаемое на выходе стабилизатора напряжения DA1). В данной формуле Uпит=12 В;
Uтр-ра – напряжение насыщения коллектор-эмиттер (берется из справочных данных [3]).
4.6.3 Расчет
4.7 Расчет коэффициента нагрузки для микросхем DD2.1, DD1.1 и DD1.2
4.7.1 Цель расчета – определение нагрузочной способности микросхем
4.7.2 Методика расчета – подсчитывается количество входов элементов, подключаемых к выходам рассчитываемой микросхемы и проверяется, чтобы это количество не превосходило максимально возможное для данной серии, иначе возможны неполадки в процессе работы устройства.
4.7.3 Расчет
1) На выход 2 элемента DD1.1 (технология ТТЛ, серия К555) подключено два входа: микросхемы DD4 и DD7, которые относятся к этой же серии.
2) На выход 4 элемента DD1.2 (технология ТТЛ, серия К555) подключено два входа: микросхемы DD2.1 и DD9, которые относятся к этой же серии.
3) На выход 5 элемента DD2.1 (технология ТТЛ, серия К555) подключен один вход: микросхема DD6.4, которая относится к этой же серии.
4) На выход 6 элемента DD2.1 (технология ТТЛ, серия К555) подключено два входа: микросхемы DD6.3 и DD2.1, которые относятся к этой же серии.
Из справочных данных [1] получается, что на один выход микросхемы серии К555 технологии ТТЛ, можно нагрузить 20 входов микросхем этой же серии или 40 входов серии 155.
Если принять эту нагрузочную способность, полученную по справочным данным за 100%, то коэффициент нагрузки выглядит так:
1)
2)
3)
4)
Кн не должен превышать 1. Т.к. во всех четырех случаях коэффициент нагрузки значительно меньше 1, то стекание входных токов от выходов других микросхем не превысит допустимую норму, а следовательно не приведет к неполадкам в устройстве.
4.8. Результаты электрических расчетов
Сведем результаты расчетов в таблицу 4.1:
Таблица 4.1 – Результаты расчетов
| Позиционное обозначение | Исходное значение | Рассчитанное значение | Выбранное значение |
| R3 | 1 кОм | 4 кОм | 4 кОм |
| R5 | 750 Ом | 750 Ом | 750 Ом |
| R12 | 180 Ом | 110 Ом | 180 Ом |
| C12 | 100 мкФ | 176,5 мкФ | 180 мкФ |
4.9 Расчет надежности
Надежность – свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах. Для количественной оценки надежности важнейшее значение имеет отказ.
Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта.
Все количественные характеристики надежности электронных устройств имеют вероятностный характер, т.к. отказ является случайным событием. Электронная аппаратура относится к классу неремонтируемой, поэтому показателями ее надежности являются:
1) Вероятность безотказной работы P(t0) вероятность того, что в пределах заданной наработки отказа в объекте не возникнет:
. (4.18)
2) Средняя наработка до отказа определяется как ожидаемое время неисправной работы до первого отказа:
, (4.19)
где F(t) – функция распределения наработки до отказа.
3) Интенсивность отказов
представляет условную вероятность возникновения отказов в системе, в некоторый момент времени наработки при условии, что до этого момента отказов не было: