- •Активный инфракрасный охранный извещатель вектор 3а с макетированием в пакете electronic workbench
- •Программа работы
- •Методические указания
- •1. Описание работы активного инфракрасного извещателя «Вектор-3а»
- •1.1 Принцип работы активных инфракрасных извещателей
- •Рассмотрим режим «тревога»
- •2. Расчет основных устройств извещателя
- •2.1. Расчет периода и длительности импульса передатчика
- •2.2. Расчет емкостей мультивибратора и ждущего мультивибратора
- •2.3. Расчет усилителя тока передатчика
- •2.4. Расчет входного устройства приемника Определение значения полезного сигнала снимаемого с входного устройства приемника
- •Определение выигрыша коэффициента преобразования для импульсного светового сигнала по отношению к постоянной засветке от Солнца (рис.5)
- •2.5. Расчет усилителя приемника Расчет сопротивления r17
- •Расчет емкостей конденсаторов с6 и с7
- •Выбор операционного усилителя
- •2.6. Анализ принципа действия временного анализатора
- •2.7. Расчет выходного устройства извещателя
- •Выбор микросхем, добавочных источников напряжения, типа реле и светодиода
- •Расчет сопротивлений r19 и r20
- •3. Экспериментальные исследования извещателя
- •3.1 Исследование передатчика
- •3.2 Исследование входного устройства приемника Описание работы имитатора входного устройства
- •Экспериментальное определение значения r14-1
- •Определение выигрыша в коэффициенте преобразования при импульсной засветке фотодиода по сравнению с постоянной засветкой
- •Компенсация задержки создаваемой реле
- •Исследование усилителя приемника
- •3.4. Оценка правильности срабатывания регистра сдвига
- •Анализ помехозащищенности извещателя
- •3.5. Исследование выходного устройства
- •3.6. Исследование имитатора приемника в сборе
- •3.6.1 Режим «норма»
- •Режим «тревога»
- •4. Выводы
- •Литература
Определение выигрыша коэффициента преобразования для импульсного светового сигнала по отношению к постоянной засветке от Солнца (рис.5)
В рассматриваемой схеме нагрузкой фотодиода по постоянному светопотоку является сопротивление резистора R14 , сопротивление диода VD2 и выходное сопротивление rвых эмиттерного повторителя.
+E0
R14
Uбазы
rвых
C5
VT3
VD2
Рис.5
Изменение напряжения ∆Uд на диоде VD2 приведет к изменению выходного напряжения ∆Uвых:
При воздействии на фотодиод импульсного сигнала изменение выходного сигнала существенно возрастет. Это объясняется следующим. Из-за наличия емкости С5, напряжение в верхней точке и нижней точке резистора R14 будет одинаково (при KVT4=1), и, следовательно, сопротивление R14 для переменного тока будет равно бесконечности, и не будет влиять на результат преобразования.
Напряжение ∆Uд с диода VD2 через конденсатор С5 подается на вход повторителя VT3 и далее на выход, то есть,
∆U'вых≈∆Uд
На основании ранее выведенных соотношений рассчитаем значение выигрыша
где , при открытом фотодиоде
Таким образом, достигается высокая чувствительность схемы к импульсным световым сигналам и низкая чувствительность к постоянной засветке от Солнца.
Сигнал с эмиттерного повторителя VT3 усиливается инвертирующим усилителем AD1.
2.5. Расчет усилителя приемника Расчет сопротивления r17
В связи с тем, что перепады напряжения, снимаемые с повторителя VT3 отрицательные, а на JK′ вход регистра надо подавать положительные импульсы, в извещателе применяется инвертирующий усилитель переменного тока (рис.2б, рис.8). Коэффициент усиления KAD1 определяется по формуле
|KAD1| = UJK /U1, где UJK – уровень логической единицы на JK входе DD3 (3,5 В < UJK < 5 В при питании E0=5 В). U1 – перепад напряжения, снимаемый с транзистора VT3 (п. 2.4). Задаваясь значением R16=5,1 кОм и UJK=5В
определим R17
R17=| KAD1| · R16=R16 · UJK/U1
Выбор источника питания усилителя определяется размахом напряжения снимаемого с усилителя. Эксперимент по анализу работы операционного усилителя показывает, что при питании E=5 В напряжение на выходе полностью открытой микросхемы составляет 1,8 В, а закрытой 3,8 В. То есть с выхода усилителя можно снять перепад напряжения 2,6 В, что меньше требуемого значения UJK. Поэтому для обеспечения большего перепада напряжений берем E=10 В.
Расчет емкостей конденсаторов с6 и с7
В данной работе мы имеем дело с импульсными сигналами. Нижняя частота пропускания fн определяется периодом последовательности импульсов
Верхняя частота полосы пропускания fв определяется длительностью импульса τu ,
где а – коэффициент (при а=2–3 прямоугольные импульсы передаются без искажений их фронтов; при а=1,37 полоса пропускания усилителя уменьшается, прямоугольный импульс на выходе усилителя сохраняет свой размах, но форма его искажается; при а=0,44 прямоугольный импульс превращается в колоколообразный, при этом длительность импульсов берется на уровне 0,5 их ширины [3]).
В нашем случае сигнал после VT3 близок к колоколообразному, поэтому берем а=0,44. Значения С6 и С7 определяются по формулам
;