Помогите рассчитать схему детектора напряжения

[Reclaimerz One]

Доброго времени суток! Помогите, пожалуйста, найти номиналы резисторов. Дано напряжение питания 9В, характеристики операционного усилителя  и биполярного транзистора.

 

[Реклама]

Реклама: ООО ТД Промэлектроника, ИНН: 6659197470, Тел: 8 (800) 1000-321

[Falconist]

12 часов назад, Reclaimerz One сказал:

операционного усилителя

LM393 - не ОУ, а компаратор! Поэтому, если втекающий выходной ток не превысит 16 мА, то R6, R7 и транзистор совершенно лишние. Если превышает, то лишним является только R6.

https://forum.cxem.net/index.php?/blogs/entry/308-устройство-индикации-включениявыключения-при-появлении-сигнала/

 

[Реклама]

20% скидка на весь каталог электронных компонентов в ТМ Электроникс!

Акция "Лето ближе - цены ниже", успей сделать выгодные покупки!

Плюс весь апрель действует скидка 10% по промокоду APREL24 + 15% кэшбэк и бесплатная доставка!

Перейти на страницу акции

Реклама: ООО ТМ ЭЛЕКТРОНИКС, ИНН: 7806548420, info@tmelectronics.ru, +7(812)4094849

[ChePay]

В задаче может быть подвох. Если стабилитрон не на пять вольт, а больше, то подобрать такие резисторы, чтобы на выходе было 5 В будет сложно. И это напряжение будет плавать от температуры.

[Реклама]

Hongfa для различных применений в Компэл. Большой выбор в наличии!

Компания HONGFA - это не только крупнейший в мире производитель электромеханических реле, но также производитель конденсаторов, вакуумных прерывателей, трансформаторов и низковольтного коммутационного оборудования. На складе КОМПЭЛ регулярно поддерживаются около 100 самых популярных позиций электромеханических реле. Реле Hongfa могут заместить многие изделия производства недоступных брендов. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[korsaj]

А может наоборот, выход 5 вольт говорит о том что стабилитрон должен быть на 5 вольт? 

Не надо усугублять на пустом месте 

[Реклама]

Тренды и лучшие решения для разработки зарядных станций в России

К 2029 году в России прогнозируется увеличение числа зарядных станций до 40 000. При этом отечественный рынок электротранспорта имеет климатические, потребительские и географические особенности. Для успешной разработки и построения инфраструктуры станций заряда в России идеальным вариантом является использование решений и электронных компонентов китайских производителей – лидеров индустрии электротранспорта и возобновляемой энергетики, которые уже представлены в КОМПЭЛ. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[AlexeyStudent]

12 часов назад, Reclaimerz One сказал:

найти номиналы

Где предполагается искать?

[Реклама]

Секреты депассивации литиевых батареек FANSO EVE Energy

Самыми лучшими параметрами по энергоемкости, сроку хранения, температурному диапазону и номинальному напряжению обладают батарейки литий-тионилхлоридной электрохимической системы. Но при длительном хранении происходит процесс пассивации. Разберем в чем плюсы и минусы, как можно ее избежать или уменьшить последствия и как проводить депассивацию батареек на примере продукции и рекомендаций компании FANSO EVE Energy. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[Falconist]

Номиналов стабилитронов на 5 В не бывает. Есть на 5,1 В. Но это именно номинал, поскольку реально разброс напряжений стабилизации может достигать 5...10%. Как-то отбирал пары стабилитронов для двустороннего фиксатора напряжения. Из двух десятков стабилитронов удалось подобрать всего три пары. Это первое. 

Второе. Биполярные транзисторы имеют такой параметр, как "напряжение насыщения", которое тоже может колебаться в широких пределах, да ещё и зависеть от коллекторного тока. Это к тому, что если стабилизировать напряжение питания на уровне 5,1 В, а напряжение насыщения составляет 0,4 В, то на выходе получите не более 4,7 В. Тогда нужно будет стабилизировать напряжение питания на уровне 5,4 В, чего можно добиться стабилитроном на 4,7 В + последовательно с ним кремниевый диод в прямом включении. 

Поэтому однозначного решения поставленной задачи не существует. Нужны допуски, в пределах которых она может быть решена.

[korsaj]

Допуски или пренебрежение кое для студентов первоочередно.

[_abk_]

Что вы докопались до 5 вольт? Куда важнее, какой уровень нужно "детектировать" на входе. Тут подвох точно есть.

[Falconist]

5 В на выходе стоят в условиях задания. А вот об уровне входного сигнала никакой информации нет.

[Reclaimerz One]

Понимаете, дело в том, что у меня уже есть все номиналы резисторов, но для задания мне нужно представить, что их нет и каким-то образом их рассчитать.
Судя по вашим ответам, я не смогу этого сделать, а некоторые резисторы и вовсе оказались лишними... 

 

[Falconist]

25 минут назад, Reclaimerz One сказал:

я не смогу этого сделать

Скорее всего, именно Вы это сделать действительно не сможете. Поскольку сильно "плаваете" в этом вопросе.

[Reclaimerz One]

Поэтому я сюда и обратился)

 

[_abk_]

Все необходимые формулы есть в даташите на 393 и в законе Ома.

Надо обратиться вначале туда.

[Bobius]

3 часа назад, Falconist сказал:

Это к тому, что если стабилизировать напряжение питания на уровне 5,1 В, а напряжение насыщения составляет 0,4 В, то на выходе получите не более 4,7 В.

Как это так получается, если транзистор стоит параллельно выходу?

[IMXO]

1 час назад, Reclaimerz One сказал:

что у меня уже есть все номиналы резисторов, но для задания мне нужно представить, что их нет и каким-то образом их рассчитать.

Для рассчитать не хватает входных и выходных данных.

[Falconist]

@Bobius , учиться, учиться и учиться...

[colorad]

2 часа назад, Reclaimerz One сказал:

Понимаете, дело в том, что у меня уже есть все номиналы резисторов,

Так по номиналам можно восстановить задание .

[Lexter]

21 час назад, Reclaimerz One сказал:

найти номиналы резисторов.

На самом деле - фигня вопрос.

R1 - чтобы привязать потенциал входа ОУ к нулю. Определяет требуемое входное сопротивление этого детектора. Берём равным заданному входному сопротивлению, например 10 кОм.
R2, R3 - резистивный делитель напряжения, устанавливает порог срабатывания вашего "детектора". Допустим, задан порог срабатывания 1,0 В. Выбираем ток этого делителя. Он должен быть минимум в 50 - 100 раз больше входного тока утечки компаратора, чтобы паразитный ненормированный входной ток не влиял на точность. Допустим, он по справочнику не более 1 мкА. Выбираем ток делителя в 1000 раз больше - 1 мА. Напряжение питания компаратора и этого делителя берём меньше напряжения питания, чтобы работал параметрический стабилизатор на вашем стабилитроне без позиционного обозначения. Выбор примерно 5 В - нормально. И для компаратора напряжение питания в допустимом диапазоне, и на регулировку достаточно остаётся. Итого, стабилитрон на (примерно, с допуском) 5,1 В. На выходе делителя напряжения (на входе компаратора) должно быть 1 В (это порог). Считаем номиналы резисторов: R3 = 1 В / 1 мА = 1 кОм. R2 = (5,1-1)В / 1 мА = 4,1 кОм. Выбираем ближайшие номиналы из ряда заданной точности. Например, из ряда Е96 с 1% точностью это будут номиналы 1,0 кОм и 4,12 кОм. Если нужна точность установки порога лучше, чем может обеспечить стабилитрон, напряжение порога можно подстроить изменяя в небольших пределах сопротивление одного из этих резисторов.
Из справочника берём ток потребления компаратора. Например, он 5 мА.
Выбираем номинал выходного резистора R7 таким, чтобы обеспечить выдачу 5 В на заданную нагрузку. Допустим, нагрузка 1 кОм. Тогда чтобы на ней напряжение могло быть 5 В, сопротивление R7 должно быть не более 100 Ом (5,1 В / (1+0,1)кОм * 1 кОм = 5,0 В). Ток через R7, когда на выходе 0, будет равен 5,1 В / 0,1 кОм = 51 мА (примерно, напряжение насыщения U_БЭ транзистора не учитываем, хотя можно и учесть).
Ток через R5 не должен превышать максимально-допустимый выходной ток компаратора (берётся из справочника). Выбираем этот ток вдвое меньше, равным 2 мА. Тогда R5 = (5,1 - U_БЭ) / 2 мА = (5,1-0,7)/2 = 2,2 кОм.
Итого, от источника будет потребляться ток 5 мА в компаратор, плюс 1 мА в делитель напряжения порога, плюс 51 мА через R7 или 2 мА через R5 плюс ток в стабилитрон. Током в базу транзистора пренебрегаем, хотя можно и учесть. Ток в стабилитрон должен компенсировать изменение тока потребления остальной части схемы, то есть 51 - 2 мА (бывает или один, или второй) = 49 мА. Ток в стабилитрон зададим равным 50 мА, с запасом в 1 мА, чтобы через стабилитрон всегда тёк какой-то ток. Итого, суммарный ток потребления будет постоянным и равным 5 + 1 + 51 + 1 = 58 мА или 5 + 1 + 2 + 50 = 58 мА. Отсюда требуемое сопротивление балластного резистора R4 равно (9 - 5,1)В / 58 мА = 67,2 Ом. Из того же ряда выбираем номинал 66,5 Ом (в сторону уменьшения, "лишний" ток заберёт стабилитрон).
Остался резистор R6. В принципе, он в данной схеме действительно не очень нужен (если взять R5 номиналом побольше), но у нас он будет ограничивать ток в базу транзистора, чтобы он не уходил в глубокое насыщение и переключался побыстрее. Ток коллектора транзистора мы знаем - 51 мА. Коэффициент усиления транзистора по току берём из справочника. Берём минимальный, чтобы гарантированно открывался. Например, 100. Ток базы будет 51 мА / 100 = 510 мкА. Чтобы такой ток шёл с +5,1 В, суммарное сопротивление R6 и R5 должно равняться 5,1 В / 510 мкА = 10 кОм. Номинал R6 равен 10 кОм - 2,2 кОм = 7,8 кОм. Из ряда Е96 выбираем ближайший номинал 7,87 кОм.

Всё.

 

Изменено 30 апреля пользователем Lexter

[Falconist]

27 минут назад, Lexter сказал:

R6...  будет ограничивать ток в базу транзистора

Это делает R5. R6 нужен, как зайцу стоп-сигнал.

[Lexter]

@Falconist , раз по заданию нужен - обосновать не проблема. И вообще-то про его "нужность" у меня написано.

Для особо придирчивых могу обосновать так:

R6 применён, чтобы обеспечить на выходе компаратора высокий уровень сигнала, а не ограничивать его напряжением база-эмиттер. Это нужно, чтобы правильно срабатывала имеющаяся внутренняя цепь гистерезиса в компараторе. Ей нужно, чтобы уровень выходного напряжения был достаточный. Иначе будет "звон" при переключении на пологих фронтах.

Возражения есть?

[Falconist]

31 минуту назад, Lexter сказал:

внутренняя цепь гистерезиса

Не болтайте чепухой! Ни в компараторах, ни в ОУ НЕТ никакой "внутренней цепи гистерезиса". Гистерезис задается исключительно ОБВЯЗКОЙ.

Выход компаратора построен по схеме ОК, т.е., он может только ПРИНИМАТЬ ток, поступающий от шины питания через R5. Следовательно, транзистор открывается током, протекающим через R5, а закрывается закорачиванием его базы выходным транзистором компаратора  на общую шину. 

Отсюда следует, что либо постановщик задания - тупарь, не имеющий никакого понятия об особенностях работы компаратора, либо применен не компаратор, а ОУ. В последнем случае был бы нужен R6, а вот R5 был бы совершенно лишним..

[Bobius]

4 часа назад, Falconist сказал:

учиться, учиться и учиться...

Может, я такую цель и преследую. На вопрос ответить сложно?

[Lexter]

6 минут назад, Falconist сказал:

либо постановщик задания - тупарь

Судя по тому, что "детектором" назван обычный пороговый элемент, не имеющий никакого запоминания, то вероятно да.

Поэтому "объяснение" с внутренней цепью гистерезиса для такого "постановщика задания" прокатит на 100500 процентов. Ну, подумаешь, что у LM393 такой внутренней цепи нет. А вот у компараторов от MAXIM - есть, 4 мВ встроенный гистерезис. И поди докажи. Разбираться в таких тонкостях этот "постановщик задания" вряд ли будет, это ж надо документацию глубоко изучать. Такие потуги ради одного студента? Неее, маловероятно.

[Falconist]

Логично.

[Lexter]

15 минут назад, Bobius сказал:

На вопрос ответить сложно?

На этот, что ли?:

5 часов назад, Bobius сказал:

Как это так получается, если транзистор стоит параллельно выходу?

Ну, опечатка там в ответе. Естественно, напряжение насыщения транзистора влияет на уровень нуля, и никак не влияет на высокий уровень, потому что транзистор при этом заперт, а не в насыщении. Могли бы и сами сообразить и не уточнять.

 

Изменено 30 апреля пользователем Lexter