Схема оптронной гальванической развязки

Разработать схему выходной оптронной гальванической развязки (ОГР), подключаемой к логическому элементу с открытым коллектором, и рассчитать необходимые элементы схемы с исходными данными по варианту табл. 13. В схеме обеспечить индикацию включённого состояния выхода. В таблице приняты следующие обозначения: VT - биполярный транзистор или полевой с изолированным затвором, СМ - симисторный выход (напряжение переменного тока), ТТЛ - уровни ТТЛ логики, ОР - оптореле, ЭМР - электромагнитное реле, устанавливаемое на плату.

Пример выполнения задания

В примере разрабатывается ОГР на базе транзисторной оптопары 4N25 с выходными параметрами: напряжение выхода U_ВЫХ= 220 В dc, коммутируемый ток I_КОМ =1 А (рис. 12).

ОГР разрабатывается в следующей последовательности:

1. Расчёт резистора R1

Резистор R1 рассчитывается в последовательности, аналогичной заданию 2. Для оптопары 4N25 [6] при токе через её светодиод I_VD=10 мА напряжение U_VD(VU)=2 В. Напряжение Ucc=5 В.

Индикацию включённого состояния оптопары (соответственно выхода) выполняем светодиодом VD1 АЛ307А. При токе I_VD = 10 мА напряжение U_VD1=2 В.

R1=(U_CC-U_VD-U₀)/I_VD= (5-2-2-0,4)/0,01=60 Ом.

P=U_Rn•I_VD=0,6•0,01=0,006 Вт.

Выбираем резистор МЛТ 0,063 Вт - 60 Ом ± 10 % [3].

Рис. 12. Оптронная гальваническая развязка

2. Расчёт резисторов R2 и R3

Оптопара 4N25 имеет следующие характеристики: напряжение К-Э U_КЭ=30 В, максимальный ток коллектора I_Kвых=150 мА, напряжение изоляции U_ИЗ=2,5 кВ. С учётом данных характеристик оптопара не может быть использована для получения выходных параметров задания, поэтому её используем для управления мощным ключом на базе полевого транзистора.

Для питания фототранзистора оптопары используем пассивный стабилизатор R3-VD4. Выбираем стабилитрон VD4 КС191 с напряжением стабилизации 9,1 В и током I_VD4=7 мА. Резистор R3, ограничивающий ток через стабилитрон, определяется выражением R3=(U_OUT- U_CT)/I_CT= (220-9,1)/0,007=30128 Ом. Выбираем 30 кОм - ряд Е24.

P= U_R3•I_R3=210,9•0,007=1,47 Вт.

Выбираем резистор МЛТ 2 Вт 30 кОм ±5 % [3].

Задаём ток через резистор R2 I_R2=5 мА и напряжение U_VD4= 9,1 B dc<30 B, которое будет использоваться для управления полевым транзистором. Через фототранзистор оптопары задаётся малый ток, так как управление полевым транзистором осуществляется напряжением.

Исходя из этих условий рассчитаем резистор R2.

R2=(U_VD4-U_VTVU)/I_R2=(9,1-0,4)/0,005=1740 Ом.

P= U_R2•I_R2=8,7•0,005=0,0435 Вт.

Выбираем резистор МЛТ 0,125 Вт 2 кОм ±5 % [3].

3. Выбор полевого транзистора

Выбираем полевой транзистор с N каналом IRFRC20 [6], который наиболее полно удовлетворяет требованиям задания. Транзистор работает в ключевом режиме и имеет следующие характеристики: напряжение U_BRDSS (U₂₃)=600 B; напряжение управления U_GS (U₁₃)=10 B, ток I_DS (I₂₃)=2 A, рассеиваемая мощность P_D=42 Вт.

 

Таблица 13

№ варианта	Микросхема	Тип выхода	Коммутируемое напряжение, В	Коммутируемый ток, мА
	ЛА7	VT
	ЛИ2	СМ
	ЛН2	VT
	ЛН2	VT
	ЛА7	ОР
	ЛА8	ТТЛ
	ЛА7	ТТЛ
	ЛИ2	ОР
	ЛА7	ТТЛ
	ЛИ4	VT
	ЛА10	VT
	ЛА7	ЭМР
	ЛА10	СМ
	ЛА7	VT
	ЛН2	ОР
	ЛА7	СМ
	ЛА10	VT
	ЛА7	СМ
	ЛЕ11	ТТЛ
	ЛА10	СМ
	ЛН2	ЭМР
	ЛН2	СМ
	ЛН2	VT
	ЛА7	СМ
	ЛН2	ОР
	ЛЕ11	ЭМР
	ЛН2	VT
	ЛА8	VT
	ЛИ4	СМ
	ЛИ2	СМ
	ЛИ2	ОР
	ЛИ2	СМ
	ЛА10	VT
	ЛН2	СМ
	ЛА10	СМ
	ЛН2	ЭМР
	ЛИ4	ЭМР
	ЛН2	СМ
	ЛЕ11	ОР
	ЛА8	ТТЛ
	ЛИ4	ОР
	ЛА10	ОР
	ЛА7	ЭМР
	ЛА10	ЭМР
	ЛИ4	СМ
	ЛА10	VT
	ЛН2	VT

Окончание табл. 13

№ варианта	Микросхема	Тип выхода	Коммутируемое напряжение, В	Коммутируемый ток, мА
	ЛН2	VT
	ЛИ2	VT
	ЛА8	ОР
	ЛН2	ЭМР
	ЛА7	VT
	ЛА7	СМ
	ЛА10	VT
	ЛИ4	ЭМР
	ЛИ4	ТТЛ
	ЛН2	СМ
	ЛА7	СМ
	ЛИ4	ОР
	ЛА8	СМ

Задание 14

Программирование ПЛИС

Разработать логическую схему с использованием языка MAX+plus II Baseline [8] для программирования ПЛИС на основе функций, указанных в соответствующем варианте табл. 14. Х1 ÷ Х4 - входы схемы; Y1 и Y2 - выходы схемы.

Таблица 14

№ варианта	Функции
	Y1=/(X2•X1•/X4+X1)+/(X4+X2) •/X2
Y2=/(X1•/X3•X2+/X3)+/(X3+/X1)+/X4
	Y1=/(X2+/X3+X4+/X2) •/(X3•X4)+/X1
Y2=/(/X4•X3•X2+X3) •/(/X2+/X4) •X2
	Y1=/(X4•X2+/X4+X4) •/(/X2•X4) •/X1
Y2=/(X1+/X4+/X1•X4)+/(/X1•X1) •/X2
	Y1=/(/X2+/X2•/X2•X1) •/(X1•/X1)+/X4
Y2=/(/X3+/X1+X2+/X3)+/(X2•X2) •/X1
	Y1=/(/X1+X4•X3•/X1) •/(X3+X2)+X3
Y2=/(X1•/X3•/X2•X3) •/(/X4+/X2) •X4
	Y1=/(X2+/X3•/X1+/X4)+/(X1•/X4)+X3
Y2=/(/X2+/X2•/X2•/X1)+/(X2•X1) •/X2
	Y1=/(X3+/X4•X1+X1) •/(/X1•/X1)+X4
Y2=/(X4+X4•X4•/X3)+/(/X3+/X4)+X1
	Y1=/(/X3+/X2+/X1+X3)+/(/X1•/X4)+X1
Y2=/(/X4+/X3•X3+X3)+/(/X3+X4)+X2
	Y1=/(/X4•X2•X1+X4)+/(/X3+/X2)+/X4
Y2=/(/X4•X1•X3•X3)+/(/X4+X3) •X4
	Y1=/(/X2•/X3•/X4+X2) •/(/X2•/X4) •X4
Y2=/(/X1+/X3•/X2+/X2)+/(/X2•X3) •X1
	Y1=/(X3+/X3+/X2•X3)+/(X1•/X1)+/X2
Y2=/(/X1+X1+X4•X1) •/(X4•X1)+X2

Продолжение табл. 14

№ варианта	Функции
	Y1=/(X4•X2•/X3•/X4)+/(/X1•X1) •/X1
Y2=/(/X1•X3+/X3+/X1)+/(X2•/X4)+/X4
	Y1=/(X2+/X4•X1+X1)+/(/X2•X4) •/X4
Y2=/(/X3•X2+/X2•/X2) •/(/X1+X2) •/X1
	Y1=/(X3+/X2+X4+X3)+/(X4•/X4) •X1
Y2=/(X3+X1+X4•/X4)+/(/X2+X1)+X4
	Y1=/(/X2+/X3•X3•/X1)•/(X2+/X2) •X1
Y2=/(X3•/X1•X2•X3)+/(/X4•X1) •/X4
	Y1=/(/X4+/X3+X2+X3) •/(/X2•X1) •X1
Y2=/(/X2+/X2+X3•X2) •/(X3+X2)+/X4
	Y1=/(X2+X3•X1+/X3) •/(X1•X3) •X4
Y2=/(/X4+/X2•X3+X1)+/(X1+X1) •/X1
	Y1=/(/X2+/X3+/X3+/X3) •/(/X4+X1)+X4
Y2=/(X3•/X2+X2•/X2) •/(/X4•/X4) •X4
	Y1=/(/X1•X2+X4+/X4) •/(/X2•X2) •X2
Y2=/(/X2•/X1•X4+/X3) •/(/X1•X4)+/X1
	Y1=/(/X1+/X1+/X4+X2) •/(X2•X2) •X1
Y2=/(X1•X2•X3+/X3) •/(/X1•/X1)+/X1
	Y=/X3+/(/((/X4•/X4)+X2) •/X2)
Y=/X1•/(/((X3•X4) •X2)+/X1)
	Y=X2+/(/((X4•/X3)+X1) •X4)
Y=/X2•/(/((/X2•X4) •/X2)+/X2)
	Y=X1+/(/((X1•X2)+X4) •/X4)
Y=/X4+/(/((/X1+X4)+X2)+/X4)
	Y=/X2•/(/((/X4+X1) •X1)+X4)
Y=/X2+/(/((/X4•X2) •X3)+X3)
	Y=X3+/(/((X1•/X3) •/X1) •/X3)
Y=X3+/(/((X1•X3) •X2)+X1)
	Y=/X4+/(/((X1•/X2)+X4)+X2)
Y=X3+/(/((/X1+/X1) •X1)+/X3)
	Y=/X1•/(/((X1+X2) •/X4)+/X1)
Y=/X3•/(/((/X2+X4) •/X1) •/X2)
	Y=/X3•/(/((/X2+/X4) •/X1) •/X1)
Y=/X2•/(/((/X1+/X4)+/X2) •/X4)
	Y=/X2+/(/((X2+/X1)+X1)+/X2)
Y=/X2•/(/((X1+X3)+X4)+X4)
	Y=X4•/(/((/X2•X2)+/X2)+/X3)
Y=X1•/(/((/X3•X1) •X3)+X4)
	Y=(X4+X4•/X1)+/(/(/X4•X2+/X3) •/X3•X2)
Y=(/X3+X2•/X2) •/(/(/X4+/X2+/X4) •X3•/X4)
	Y=(/X3+/X1•X1)+/(/(X1•/X3+/X1)+X3•X1)
Y=(/X2+/X4+X1)+/(/(X2•X4•/X1)+/X1•/X2)
	Y=(/X1•X1•X3) •/(/(X1+X1+X1)+X2+X2)
Y=(X2•X2+X1)+/(/(/X2•X2•X1) •/X2•/X4)

Продолжение табл. 14

№ варианта	Функции
	Y=(/X4+/X4+/X2) • /(/(/X3+/X3•/X3)+X3•X2)
Y=(/X2•X4+/X4) •/(/(X3•/X1•/X1) •X4•X1)
	Y=(X1+X2+/X4) •/(/(/X4•X2•/X1)+X4+X3)
Y=(/X3+X1•/X2)+/(/(X1•X1+/X1) •/X2+X2)
	Y=(/X2•/X3+X2)+/(/(/X1•X1+X1)+X1+/X2)
Y=(X4+/X1•X4) •/(/(X1•X2•/X4) •X3•/X2)
	Y=(/X1•/X3+/X1)+/(/(X3•X4+/X4) •/X2•X3)
Y=(/X1•/X2+/X3)+/(/(/X2•/X4+/X2)+X2+/X2)
	Y=(/X3+X1+X1)+/(/(X2+/X2•/X3)+X1+X1)
Y=(X2+X4•/X3)+/(/(/X3+/X3+/X3)+X3•/X1)
	Y=(/X2+X1+X4)+/(/(X4•X3+X2)+/X4+/X3)
Y=(X2+X4•/X4)+/(/(/X3•/X1+X2) •/X3+X3)
	Y=(/X4•X1+/X1) •/(/(X1•/X1•/X4)+X3+X2)
Y=(/X4•X4+/X3) •/(/(X3•/X1+X4)+X2•X1)
	Y=(X4+X4•/X1)+/(/(/X4•X2+/X3) •/X3•X2)
Y=(/X3+X2•/X2) •/(/(/X4+/X2+/X4) •X3•/X4)
	Y=(/X3+/X1•X1)+/(/(X1•/X3+/X1)+X3•X1)
Y=(/X2+/X4+X1)+/(/(X2•X4•/X1)+/X1•/X2)
	Y=(/X1•X1•X3) •/(/(X1+X1+X1)+X2+X2)
Y=(X2•X2+X1)+/(/(/X2•X2•X1) •/X2•/X4)
	Y=(/X4+/X4+/X2) •/(/(/X3+/X3•/X3)+X3•X2)
Y=(/X2•X4+/X4) •/(/(X3•/X1•/X1) •X4•X1)
	Y=(X1+X2+/X4) •/(/(/X4•X2•/X1)+X4+X3)
Y=(/X3+X1•/X2)+/(/(X1•X1+/X1) •/X2+X2)
	Y=(/X2•/X3+X2)+/(/(/X1•X1+X1)+X1+/X2)
Y=(X4+/X1•X4) •/(/(X1•X2•/X4) •X3•/X2)
	Y=(/X1•/X3+/X1)+/(/(X3•X4+/X4) •/X2•X3)
Y=(/X1•/X2+/X3)+/(/(/X2•/X4+/X2)+X2+/X2)
	Y=(/X3+X1+X1)+/(/(X2+/X2•/X3)+X1+X1)
Y=(X2+X4•/X3)+/(/(/X3+/X3+/X3)+X3•/X1)
	Y=(/X2+X1+X4)+/(/(X4•X3+X2)+/X4+/X3)
Y=(X2+X4•/X4)+/(/(/X3•/X1+X2) •/X3+X3)
	Y=(/X4•X1+/X1) •/(/(X1•/X1•/X4)+X3+X2)
Y=(/X4•X4+/X3) • /(/(X3•/X1+X4)+X2•X1)
	Y=/(/X1•/(/X4+X2)+/(/X3+X1))
Y=/(/X1•/(X4•/X2)+/(/X3•X1))
	Y=/(X1+/(/X3•X2)+/(/X1+/X1))
Y=/(/X4•/(/X2+/X4) •/(/X1•X4))
	Y=/(/X4•/(/X3+X1)•/(/X1+X4))
Y=/(X2+/(/X2+X2) •/(X3+/X4))
	Y=/(X3•/(X3•/X4) •/(/X3•X2))
Y=/(X3+/(X4•/X2)+/(/X2+X3))

Окончание табл. 14

№ варианта	Функции
	Y=/(X1+/(/X2•/X1)+/(X3•/X2))
Y=/(X3•/(X1•/X1)+/(/X2+/X3))
	Y=/(/X2+/(/X3*X2)+/(X3+X3))
Y=/(X4+/(/X2+/X3) •/(/X4+/X3))
	Y=/(X2•/(X2+/X1) •/(/X2•X1))
Y=/(/X2•/(/X1+X2) •/(X4•/X2))
	Y=/(X1+/(/X1+/X3) •/(X3+X3))
Y=/(X1•/(X3+/X2)+/(/X4+X4))
	Y=/(X3•/(X3+X4) •/(/X4•/X1))
Y=/(X1+/(/X2+X1) •/(X2+/X1))
	Y=/(/X1+/(/X3+/X1) •/(/X4•X2))
Y=/(X2•/(/X1•/X4) •/(X1+/X4))
	Y=/(X1•X3)+X4+/((/X1+X1)•X2)
Y=/(/X3+X1)+X2+/((/X4+X1)+/X1)
	Y=/(/X2•/X3) •X3+/((X3+/X4)+X3)
Y=/(X2•X1) •X2•/((/X2•/X4)+/X2)
	Y=/(X3•X1)+X2+/((/X2•X2) •X1)
Y=/(X2•X1) •/X4+/((X3+X1)+/X3)
	Y=/(/X2•X1) •/X1+/((X3•X1) •X4)
Y=/(/X1•/X3) •/X3•/((/X2•X2) •/X1)
	Y=/(/X1+/X3)+X2+/((/X1+/X1) •/X2)
Y=/(/X1+X3)+X3•/((X4•X1) •X2)
	Y=/(/X1+/X3) •/X1+/((X1•X1) •/X3)
Y=/(/X4+X3) •/X4+/((/X4•/X1)+/X1)
	Y=/(X2+/X1)+X3•/((X2•/X1)+X3)
Y=/(/X4•X3) •X2•/((X1+X3) •/X4)
	Y=/(/X3+/X3)+X3+/((/X3*X3) •X1)
Y=/(X3•X2)+/X2+/((/X4•X1) •/X3)
	Y=/(X3+X4) •/X4•/((/X1+X4)+/X2)
Y=/(X1+X1) •X4+/((X3+/X1)+X1)
	Y=/(X4+X2) •/X3+/((X4+/X1)+X4)
Y=/(X3•/X3)+X4+/((X3+/X2)+/X3)
	Y=/(/X3•X4)+/X3•/((X1•/X1) •/X4)
Y=/(X2+X1) •X1+/((X2+X1)+X2)
	Y=/(X2•/X1) •X4+/((X2•/X4)+X4)
Y=/(/X3•X1)+X1•/((/X2•/X2) •X2)
	Y=/(X2+X4) •/X4•/((/X2+/X4) •/X4)
Y=/(X2•X4)+X1+/((X1•X2)+/X3)
	Y=/(/X1•X4) •X4+/((X4•X2)+X2)
Y=/(X1•/X1) •X2+/((X1•/X2)+X4)
	Y=/(/X4+/X4)+X1+/((X3+X4) •X4)
Y=/(X3+X4)+X3•/((/X1+X1)+X2)

 

Окончание табл. 14

№ варианта	Функции
	Y=/(/X1•/X2)+/X2+/((/X3+/X3)+/X2)
Y=/(X1+/X1) •X3+/((/X4+X1) •X2)
	Y=/(/X2+X2) •X1•/((/X1•/X1) •/X3)
Y=/(X2+/X4)+/X3•/((X3•/X3) •/X2)
	Y=/(X1•/X4) •/X1+/((X2•/X4)+X2)
Y=/(/X3+X3) •/X1+/((/X3+X3) •X2)
	Y=/(X2•/X1) •/X4+/((/X1•X3)+/X4)
Y=/(X4•/X4)+/X4+/((X4+X2) •/X2)
	Y=/(/X3•X2) •X3•/((/X1+X4) •/X1)
Y=/(X1+X3) •X3•/((X2+/X3) •X2)

 

Библиографический список

1. Логические ИС: КР1533, КР1554: Справочник в 2ч. / И.И. Петровский и др. -М.: ТОО «Бином»: Фирма «Микаш», 1993 г. - 456 с.

2. Иванов, В.И. и др. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы: справочник / В. И. Иванов, А. И. Аксенов, А. М. Юшин. -2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 448 с.

3. Резисторы: Справочник / В. В. Дубровский, Д. М. Иванов, Н.Я. Протусевич и др.; Под ред. И. И. Четверткова и В. М. Терехова.- 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1991. - 528 с.

4. Компанейц, А.Н. Проектирование систем управления на базе интерфейсов МПИ и И41: учеб. пособие /А.Н. Компанейц - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2000. - 48 с.

5. Стешенко, В. Б. ACCEL EDA Технология проектирования печатных плат / В.Б. Стешенко - М.: Нолидж. - 507 с.

6. www.platan.ru.

7. Компанейц, А.Н. Схемотехника систем управления: консп. лекций А.Н. Компанейц - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007.- 103 с.

8. Антонов, А.П. Язык описания цифровых устройств Altera HDL: практический курс / А.П. Антонов - М.: ИП Радио Софт, 2001.- 224 с.

9. Полупроводниковые приборы: Диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы: справочник / А. В. Баюков, А. В. Гитцевич, А. А. Зайцев и др.; под общей ред. Н. Н. Горюнова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1985. 744 с.

 

Оглавление

 

Введение ……………………………………………………………………… 1. Задание 1. Схема формирования сигнала интерфейса с заданной задержкой ……………………… …………………………………………………….. 2. Задание 2. Схема подключения светодиода к элементу с открытым коллектором ……………………………………….. ……………………………. 3. Задание 3. Схема управления регистром …………………………………. 4. Задание 4. Схема управления магистральным приёмопередатчиком ….. 5. Задание 5. Дешифратор адреса ……………………………………………. 6. Задание 6. Модуль входных сигналов …………………………………… 7. Задание 7. Модуль выходных управляющих сигналов …………………. 8. Задание 8. Модуль управления приводами ……………………………… 9. Задание 9. Модуль адаптивного управления …………………………….. 10. Задание 10. Модуль ввода/вывода аналоговых сигналов ……………… 11. Задание 11. Модуль измерительных преобразователей ……………….. 12. Задание 12. Разработка печатной платы в АСППП PCAD………………. 13. Задание 13. Схема оптронной гальванической развязки ……………….. 14. Задание 14. Программирование ПЛИС …………………………………... Библиографический список …………………………………………………

 

 

Редактор Н.Н. Пацула

ИД 06039 от 12.10.2001

Сводный темплан 2007

Подписано к печати 02.02.07. Бумага офсетная. Формат 60х84 1/16. Отпечатано на дупликаторе. Усл. печ. л. 2,25. Уч.- изд. л. 2,25.

Тираж ХХХ экз. 150 Заказ ХХХ.

Издательство ОмГТУ, 644050, Омск, пр. Мира, 11

Типография ОмГТУ