6. Рассчетная часть.
Расчет блоков управления и индикации.
Блоки управления и индикации состоят из транзисторного ключа (R7, R8, VT1), оптронного тиристорного ключа (U1), индикаторного светодиода (HL1), ограничительных резисторов (R9…R11).
1. Резистор R7 подбираем исходя из типовых значений параметров базовых логических элементов КМОП-логики[4,с135].
Iвых. логической «1» для микросхем 17серии составляет 0,5 мА. При напряжении питания устройства U= 9В падение напряжения на ключевом транзисторе микросхемы DD3 составляет 0,8В. Падение напряжения база-эмиттер транзистора VT1 примем равным 0,7В.
Падение напряжения на резисторе R7 составит: UR7= 9-0,8-0,7=7,5В.
Сопротивление резистора R7 находим по закону Ома: R7=7,5/0,0005=15000 Ом =15 кОм
2. Номинал резисторов R9, R10.
Согласно справочным данным[4,с.24] номинальный рабочий ток светодиода АЛ307АМ I=10мА. При напряжении питания U=9В падения напряжения: на светодиоде в открытом состоянии 2В; на открытом транзисторном ключе от 0,4В до 0,8В, примем равным 0,4В.
Падение напряжения на резисторе R9 составит: UR9= 9-2-0,4=6,6В.
Сопротивление резистора R9 находим по закону Ома:
R9=6,6/0,010=660 Ом, выбираем ближайший по номиналу в сторону увеличения сопротивления R9=680 Ом.
Согласно справочным данным[4,с.186] номинальный ток срабатывания фототиристорного оптрона АОУ103Б I=20мА. При напряжении питания U=9В падения напряжения: на открытом ИК-светодиоде, входящем в состав оптрона, 2В; на открытом транзисторном ключе от 0,4В до 0,8В, примем равным 0,4В.
Падение напряжения на резисторе R10 составит: UR10= 9-2-0,4=6,6В.
Сопротивление резистора R10 находим по закону Ома:
R10=6,6/0,020=330 Ом.
3. Параметры транзистора VT1.
Ток, протекающий через транзистор VT1, равный сумме токов, проходящих по ветвям с резисторами R9 и R10: IVT1=10+20=30мА.
Минимальный коэффициент усиления транзистора VT1:
β= IVT1/IR7=30/0,5=60мА
Согласно техническим данным, рассчитанным выше, выбираем транзистор типа КТ340А [4, c.255]:
h21э……………...100-150
UКЭНАС, В…………….0,2
IКБО, мкА………………1
fГР, МГц(fMAX)...…….300
СК, пФ…………………7
РК, мВт……………...150
ТMAX, ºС…………...…85
Предельные значения параметров:
UКЭО max, В……………..20
UКБО max, В……………..20
UЭБО max, В……………....5
IК max, мА………………50
IК,И max, мА……………200
4. Номинал сопротивления R11.
Т. к. максимально допустимый выходной ток фототиристорного оптрона КУ103Б равен 100мА , а ток удержания 10мА, принимаем рабочий ток равным 30-40мА. Исходя из того, что тиристор работает на выпрямленном сетевом напряжении 220В с амплитудным значением 315В+10%-20%, рассчитываем номинал резистора R11:
R11=(315В+10%-20%)/(30-40мА)=7,9-10,3кОм
Выбираем номинал R11равным 10кОм.
7. РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ
Принципиальной схемы.
Электрическая принципиальная схема кодового электронного замка представлена на чертеже, имеющем код Э3.
Кодирующий узел содержит две кнопки SB1, SB2 с переключающими группами контактов, не фиксируемые в нажатом положении. Девятиразрядный шифр задают распайкой перемычек S1 – S9 на выходе дешифратора DD3. Наличие перемычки соответствует сигналу 1, отсутствие – 0.
Узел защиты от дребезга контактов кнопок собран на элементах DD1.1, DD1.2. Он представляет собой RS-триггер, срабатывающий от первого замыкания контактов и поэтому не реагирующий на остальные дребезговые переключения.
Счет импульсов вводимого кода ведет счетчик DD4. Узел, собранный на триггерах DD2.1, DD2.2, запрещает дальнейший счет импульсов вводимого кода при ошибке в наборе. В устройство введен узел задержки времени, состоящий из элементов VD1, R5, R6, C1, DD1.3 (конденсатор С1 должен быть выбран с малым током утечки). При ошибке в наборе кода этот узел позволяет повторить попытку только через определенный временной интервал. Если начать набор кода до истечения этого интервала, замок не сработает даже при безошибочном наборе. Минимальный разрешаемый интервал времени между двумя смежными попытками набора кода устанавливают соответствующим выбором номиналов разрядной цепи R5C1. Для гальванической развязки двух источников, питающих цифровой блок и исполнительный механизм, а также для обеспечения электробезопасности пользования замком при сетевом питании применен фототиристорный оптрон U1. Исполнительный электромагнит Y1 срабатывает после открывания тиристора VS1, управляемого фотодинистором оптрона.
Импульсы с узла набора кода переключают RS-триггер узла антидребезга, а с выхода элемента DD1.1 триггера поступают на счетный вход счетчика DD4, а затем - на входы дешифратора DD3. Если последовательность набора кода правильная, то есть соответствует распайке перемычек на выходе дешифратора, то на прямом выходе триггера DD2.2 действует низкий уровень напряжения, разрешающий работу счетчика DD4 до полного набора кода.
Если набираемый код не совпал с установленным в любом разряде счетчика, то на выходе триггера DD2.2 появляется высокий уровень, который запрещает дальнейший счет. Последующие нажатия на кнопки уже не изменят состояния счетчика до тех пор, пока замок не перейдет в исходное положение. После прекращения нажатий на кнопки по истечении временной задержки на выходе инвертора DD1.3 появляется высокий уровень, переключающий триггер DD2.2 и счетчик DD4 в состояние 0.
Таким образом, достаточная надежность охраны обеспечена как большой глубиной комбинационного набора, так и возможностью регулирования длительности возвращения замка в исходное состояние после каждой ошибки в наборе.
При правильном наборе кода сигнал высокого уровня с выхода дешифратора DD3 открывает ключевой транзистор VT1, что приводит к срабатыванию оптрона, а затем – тиристора, включающего питание исполнительного электромагнита – замок сработает. По истечении временной задержки замок возвращается в исходное состояние, соответствующее нулевому состоянию триггера DD2.2 и счетчика DD4.
Для индикации срабатывания замка в коллекторную цепь ключевого транзистора VT1 включают светодиод HL1 с токоограничительным резистором R9.
Цифровой блок замка питается от стабилизированного источника напряжением 9В. Питание исполнительного узла – от сети переменного тока напряжением 220В.