Расчет компаратора-накопителя (расчет пороговых напряжений и сопротивлений r8, r9)

Расчет пороговых напряжений (рис. 23.3а) и резисторов производится аналогично расчету схемы (рис. 23.2а). Отличием является следующее:

Выходное устройство извещателя сработает, когда выходное напряжение накопителя достигнет напряжения U_оп5 = 3,3 В, то есть когда выполнится условие

U₅(t_ср) =Е–U_с(t_ср)=U_оп5 , т.е. U_с(t_ср) = Е - U_оп5

при этом :

U_с(t_ср) = (E-U_ко)(1-е^{-tcp/ зар}),

где: U_ко ≈ 1,2 В – напряжение на выходе открытого компаратора.

Отсюда:

t_ср= -_зар ln ;

Так как t_ср = m· , то R₉ = =- m·

R₈ = 10R₉

2. Выходные устройства охранных извещателей

2.1. Описание работы выходных устройств

Исполнительными элементами охранных извещателей являются реле и светодиоды (рис.23.5). Реле в режиме «НОРМА» обычно находится под током, обеспечивая надежный прижим контактов реле; этим обеспечивается уменьшение вероятности ложных тревог. Контакты реле через резистор R_шс подключаются к выходному разъему Ш1 и далее через шлейф сигнализации подключаются к контрольной панели пульта охраны. В режиме «НОРМА» контакты замкнуты и на пульте охраны прозванивается сопротивление R_шс;

при передвижении нарушителя контакты реле размыкаются, при обрыве (закорачивании) нарушителем шлейфа сигнализации сопротивление шлейфа также изменяется, и на контрольной панели срабатывает световая и звуковая сигнализация. Для проверки работоспособности извещателя используется светодиод VD₈. Оператор, проходя по помещению, нарушает

зоны, что приводит к появлению переменного сигнала и соответствующему срабатыванию компараторов-накопителей и выходных устройств; светодиод зажигается, сигнализируя о «ТРЕВОГЕ».

Чтобы нарушитель не мог тестировать зону обнаружения оператор перемычкой J может отключить светодиод.

Типовая схема выходного устройства приведена на рис.23.5.

Рис. 22.5

Сигнал с компаратора-накопителя поступает на инвертирующий вход схемы AD4.1.

Для упрощения, в качестве компаратора-накопителя используется имитатор-генератор. На неинвертирующий вход AD4.1 подается напряжение U_оп5=2,2В. В исходном состоянии е_-AD4.1>e_+AD4.1, поэтому на выходе схемы AD4.1 логический «0», реле находится под током, его правые контакты замкнуты, сигнализируя, что нарушения нет.

На е_-AD4.2 в этом случае логический ноль; на входе е_+ad4.2 пять вольт; на выходе AD4.2 логическая «1». Светодиод VD₆ не горит (цвет стрелок - белый).

При нарушении e_-AD4.1 становится меньше U_оп3, на выходе AD4.1 формируется логическая «1», а на выходе AD4.2 логический «0». Реле размыкает контакты (переключается влево), посылая на контрольную панель сигнал «ТРЕВОГА», светодиод VD₈ зажигается, (стрелки становятся черными), сигнализируя о нарушении.

2.2. Расчет выходных устройств

Особенностью выходных устройств является то, что реле и светодиод потребляют значительный ток (например, у реле ВМРО11ВО5 ток срабатывания I_ср =5мА). Вследствие этого активные элементы, то есть AD4.1 и AD4.2 должны работать при больших токах нагрузки. Часто в качестве активных выходных элементов применяют компараторы с открытым коллектором, например LM339. Дополнительным достоинством такой схемы является то, что в одном корпусе находится четыре компаратора. Реле обычно выбирается типа «геркон» (большая надежность по срабатыванию) с минимально возможным током срабатывания I_ср. Сопротивление R₁₀ рассчитывается исходя из необходимости обеспечения тока I_ср.

, (1)

где R_p – сопротивление обмотки реле (см. библиотеку данных),

U_к0 – напряжение логического нуля «0» на выходе AD4.1 (определяется экспериментально).

Диод VD₇ установлен для защиты микросхемы AD4.1 от пробоя по напряжению в момент закрытия микросхемы. Объясняется это следующим. Обмотка реле является индуктивностью. Когда AD4.1 открыт, через реле течет ток. При закрытии AD4.1 ток через индуктивность мгновенно прекратится не может, происходит переполюсовка напряжения на индуктивности. Ток сохраняет свое направление, протекая через индуктивность и её паразитную емкость. В результате выходное напряжение AD4.1 становится больше Е.

U_выхAD4.1=E+U_L,

где U_L – падение напряжения на индуктивности.

В момент переполюсовки напряжения диод шунтирует индуктивность и защищает схему AD4.1.

При наличии диода выходное напряжение схемы AD4.1 будет равно

U_выхAD4.1=E+U_Д,

где U_Д – падение напряжения на диоде.

При закрытии AD4.1 ток через реле должен быть меньше чем ток отпускания реле I_отн:

, (2)

где U_к1 – напряжение логической единицы «1» на выходе AD4.1(определяется экспериментально, U_k1 = F(E)).

Рассчитанное в соответствии с неравенством (1) сопротивление R₁₀, подставляется в выражение 2 и если оно выполняется, то данный тип реле можно использовать в извещателе. Если неравенство не выполняется, то надо взять другое реле или другой источник питания. При расчетах следует принять U_к0=1.2В; U_к1=7.5В при Е=9В; значения U_к0 и U_к1 затем уточняются экспериментально.

Опорное напряжение U_оп4 выбирается в соответствии с выражением

U_к0<U_оп4<U_к1.

Светодиод VD₈ берется красного типа, сопротивление R₁₁ определяется из выражения

I_VD8 ,

где: I_VD8, U_VD8, – паспортные значения тока через светодиод и падение напряжения на светодиоде.