1.2. Выбор порогов срабатывания и расчет отдельных элементов компаратора Расчет компаратора и сопротивления r4

В режиме «НОРМА» напряжения на входах компаратора будут равны (рис.23.1):

е₊= Е+ (U₀+U_д)

е_-= R₄

При R₂>>R₁ (например, R₂=300кОм, R₁=1кОм) напряжение на неинвертирующем входе можно представить след. образом: е₊ U₀+U_д.

Для того, чтобы светодиод «ТРЕВОГА» не горел необходимо чтобы е₊ было больше е_-, то есть,

U₀+U_д> R₄.

Из вышеуказанного неравенства определим R₄ при U₀=E/2; U_д=0,5В; R₃=3кОм.

Отрицательная полуволна разряжает конденсатор С₁ и е₊ становится меньше е_-, на выходе компаратора формируется логический «0», загорается светодиод VD₂, сигнализируя о «ТРЕВОГЕ». Время срабатывания извещателя t_ср = t₉ – t₁ будет определяться временем распада конденсатора С₁ через резистор R₁

Расчет компаратора-накопителя и расчет пороговых напряжений и сопротивлений r6, r7

В компараторе типа «ОКНО» пороги срабатывания устанавливаем в соответствии с рекомендациями фирмы С&K System (рис. 23.2а)

U_оп1=e_+AD2.2= E,

U_оп2=e_-AD2.1= E

Полезный сигнал на входе компаратора (в соответствии с рекомендациями этой фирмы) берем в виде постоянного напряжения U₀=E/2 и переменного сигнала с амплитудой U_mср=E/3.

Определим ориентировочно значение времени t_u – в течении которого накопительный конденсатор заряжается при следующих ранее указанных параметрах компараторов: U_оп2=2E/3, U_oп1=E/3, U₀=E/2 и U_mср=E/3. Для упрощения расчетов, положим что сигнал по своей форме близок к треугольному виду. Тогда в соответствии с рис. 23.4 получим, что так как превышение U_оп2 по отношению к Е/2 равно Е/6 и U_mср=Е/3, то используя формулу для элементов подобного треугольника, получим, что время превышения сигнала над опорным напряжением U₂ равно Т/4.

Таким образом, за время действия положительной полуволны сигнала время заряда конденсатора t_u=T/4; при действии отрицательной полуволны сигнала конденсатор заряжается (рис. 23.2) аналогичным образом и его время заряда t_u=T/4. В этих рассуждениях под значением периода понимается самый неблагоприятный вариант для зарядки конденсатора период высокочастотных

с

T/8

T/2

U₁

t₅

U_mcp=E/3

U₀=E/2

U_oп2=2E/3

игналов T_min=1/f_max.

t₄

t_u

U_oп2-U₀=E/6

T/4

t

Рис. 23.4

Время, в течение которого заряжается конденсатор, выбирается равным следующему значению:

T_з = m· (1)

где: m-количество полупериодов полезного сигнала. Значение m выбирается оператором, исходя из помеховой обстановки, и устанавливается перемычкой J. Обычно, при большом уровне помех «m» берется равным 4, а при малом уровне равным 1.

Соответственно,чем меньше «m», тем выше быстродействие извещателя, то есть выше его чувствительность.

Для расчета сопротивления R₆ выведем зависимость времени, через которое сработает выходной компаратор, в функции от С₂,R_6,U_оп3,U_mk.

В зависимости от значения постоянной заряда τ_зар конденсатор С₂ может зарядиться до определённого уровня от одного или нескольких входных импульсов. Компаратор выходного устройства будет переключаться через промежуток времени t_ср (рис.23.2), когда напряжение на конденсаторе С₂ достигнет значения опорного напряжения U_оп3.

U_с2(t_cр) = U_оп3 (2)

C другой стороны, в момент срабатывания компаратора

напряжение на ёмкости можно представить в виде уравнения

U_с2(t_cр) = U_mk(1- e^{-tср/τзар}) (3)

Приравняв напряжения на конденсаторе, взятые из уравнения 2 и 3 получим:

t_cр = - τ_зар ln[1 – (U_оп3/ U_mk )] (4)

Приравняв значение времени, взятое из формул 1 и 4 получим:

t_ср= m· = - R₆C₂ ln[1 – (U_оп3/ U_mk )]

Таким образом, значение R₆ будет равно:

R₆=- m· / [C₂ ln[1 – (U_оп3/ U_mk )]

Для вычисления R₆ задаёмся следующими параметрами:

T_min=0,1c; m=2; C₂=1 мкф; U_оп3=2,2 В; U_mk = 3,8 В; диод идеальный. Сопротивление R₇ берём равным 10 R₆.