Розділ 2 спеціальна частина

2.1 Розрахунково-конструкторська частина

2.1.1 Призначення і область застосування радіопристрою

Даний пристрій використовується в побутових умовах для регулювання температури електроплит, електропечей та різних пристроїв з великою тепловою інерцією. Хоча його також можна використати і для вмикання різного роду світлових реклам, новорічних гірлянд, або сигналізацій через різні періоди часу, які можна налаштувати попередньо.

Проектований пристрій бажано використовувати в побутових умовах де зміни температури навколишнього середовища та вологість не є великими, бо при його розробці ми використали елементну базу з низькою стабільністю параметрів щоб здешевити вартість виробу, тим самим зробивши його доступним більш широкому колу споживачів.

Також при розробці пристрою було враховано те щоб ним міг користуватися будь-який власник без відповідної кваліфікації.

Даний регулятор потужності в більшій мірі виконаний цифровим, ніж аналоговим, що значно спростило схему пристрою, а також дозволяє при несправності пристрою швидше знайти причину.

2.1.2 Технічні вимоги до проектованого радіопристрою

Напруга живлення пристрою, В…………………….……….….…….220;

Частота мережі, Гц……………………………………………..………..50;

Максимальний струм споживання, А……………………..…………..…2;

Габаритні розміри ДxШxВ, мм………………..……….…….190x190x80;

Маса, г……………………….………………………….......….……….300;

Діапазон робочих температур, °С…………….....……..........…+10…+50.

2.1.3 Опис принципу роботи схеми електричної принципової і її аналіз

Схема електрична принципова зображена в графічній частині проекту.

Вузол синхронізації таймера з мережею виконаний на здвоєному транзисторному оптроні U1 і транзисторі VT3. Струм випромінюючих діодів оптрона обмежений резистором R1, від номіналу якого залежить мінімальна напруга в мережі, при якому вузол синхронізації ще працює. При зазначеному на схемі номіналі це 140 В.

Завдяки зустрічно-паралельного з'єднання випромінюючих діодів, один з фототранзисторів оптрона U1 відкритий в позитивних напівперіодах мережевої напруги, інший - у негативних. В результаті на "стиках" напівперіодів, коли відсутній струм на двох випромінювальних діодах і закриті два фототранзистори, на колекторі транзистора VT3 утворюються імпульси тривалістю близько 0,1 мс. При необхідності їх тривалість можна змінити, підбираючи резистор R7. Сформовані описаним чином синхроімпульси надходять на вив. 5 таймера DA1 і запускають зібраний на ньому одновібратор. Чутливість таймера до запускаючих імпульсів залежить від напруги на його вив. 2, заданої резистивним дільником R2R3. Конденсатор С1 подавляє імпульсні перешкоди і наводки.

Зарядка часозадаючого конденсатора йде по лінійному закону завдяки стабілізатору струму, зібраному на транзисторі VT1. Напруга на базі цього транзистора задано резисторами R4 і R5. Значення струму стабілізації залежить від сумарного опору постійного резистора R6 і змінного R8 в ланцюзі емітера транзистора. Після закінчення сформованого одновібратором імпульсу черговий синхроімпульс запускає одновібратор повторно. Тому період повторення його імпульсів завжди дорівнює цілому числу напівперіодів мережевої напруги.

Для досить швидкої розрядки часозадаючого конденсатора великої ємності СЗ можливостей внутрішнього транзистора таймера DA1 не вистачає. Більш того, при ємності конденсатора більше 22 мкФ цей транзистор може вийти з ладу. З цих причин в одновібратор доданий р-канальний польовий транзистор VT2 з опором відкритого каналу не більше 0,175 Ом при струмі до 11 А. Це дозволило з кроком 10 мс регулювати період повторення імпульсів одновібратора від мінімального (10 мс) до кількох десятків секунд.

Логічні елементи DD1.1 і DD1.2 формують з імпульсів одновібратора і мережевих синхроімпульсів короткі одиночні імпульси з регульованим періодом повторення, які надходять на вхід лічильника DD2. Спільно з RS-тригером на елементах DD1.3 і DD1.4 лічильник служить генератором імпульсів з періодом повторення, в десять разів більшим періоду повторення імпульсів одновібратора. Високий рівень, встановлений в одному з кожних десяти тактів роботи лічильника на його вив. 3, переводить RS-тригер в стан з високим рівнем на виході елемента DD1.4. Через кілька тактів, число яких залежить від положення перемикача SA2, високим рівнем на вході (вив. 6) елемента DD1.4 тригер буде повернуто в стан з низьким рівнем на виході. Імпульси, сформовані тригером, подані на базу транзистора VT5, який служить підсилювачем їх потужності. У ланцюг колектора цього транзистора включені послідовно випромінюючий діод сімісторного оптрона U2, сигнальний світлодіод HL1 (він дозволяє візуально контролювати роботу приладу при відключеному або недоступному для спостереження навантаженні) і резистор R20, що обмежує струм.

Оптрон МОС3083 відрізняється від звичайних тим, що містить внутрішній вузол, що забезпечує відкривання його фотосімістора в моменти переходу прикладеної до нього змінної напруги через нуль, так що в ці ж моменти відкривається і потужний сімістор VS1, включений в ланцюг навантаження. Цим забезпечений низький рівень імпульсних перешкод, створюваних таймером-регулятором в мережі живлення. Коло С12R23 захищає сімістор від відкривання стрибками мережевої напруги.

Перемикач SA2 дозволяє змінювати коефіцієнт заповнення імпульсів струму, який проходить через випромінюючий діод оптрона U2, десятьма ступенями по 10%. Такими ж ступенями змінюється і виділяється на навантаженні потужність. У нижньому (за схемою) положенні перемикача на виході елемента DD1.4 встановлений постійний високий рівень, що відповідає безперервно включеної навантаженні.

Змінюючи тривалість циклу регулювання потужності змінним резистором R8, можна встановити її оптимальною для конкретного навантаження. Якщо навантаженням служать лампи розжарювання, вдається спостерігати цікаві світлові ефекти.

Вузол живлення приладу виконаний по безтрансформаторній схемі з ємнісним дільником напруги, що складається з плівкового конденсатора С7 і двох оксидних С4 і С5, включених зустрічно-послідовно. Оксидні конденсатори захищені від зворотньої напруги підключеними паралельно їм діодами моста VD1. Випрямлена напруга подається на стабілізатор, зібраний на транзисторі VT4 і паралельному стабілізаторі DA2. Вихідна напруга (приблизно 12В) задається відповідним вибором відношення номіналів резисторів R15 і R17.

Резистор R13 служить для розрядки конденсатора С7 після відключення приладу від мережі, а резистор R16 обмежує пусковий струм при включенні.