2.7. Расчет выходного устройства извещателя
Выходное устройство состоит из двух каскадов AD2.1 и AD2.2 (рис. 2б., рис.11). Для этих каскадов необходимо выбрать микросхемы, добавочные источники напряжения Ud2 и Ud3, тип реле и светодиода, ограничивающие резисторы R19 и R20.
Выбор микросхем, добавочных источников напряжения, типа реле и светодиода
Выходные каскады сигнализируют об одном из двух состояний извещателя – о режиме НОРМА (ОХРАНА) или ТРЕВОГА, включая или выключая реле К1 и светодиод VD4. Выходные каскады работают в релейном режиме, следовательно, в качестве выходных каскадов можно использовать компараторы, потребляющие малую мощность, так как когда компаратор открыт, то через него течет большой ток, но выходное напряжение компаратора близко к нулю. Если компаратор закрыт, то на его выходе большое напряжение, но ток близок к нолю. В связи с тем, что к компараторам подключается внешняя нагрузка (реле и светодиод), то необходимо использовать компараторы с открытым выходом. Примером таких компараторов является микросхема LM339, представляющая собой четыре компаратора в одном корпусе; допустимый ток каждого компаратора 20мА (к сожалению, в библиотеке Workbench не указывается количество микросхем в корпусе).
Значения Ud2 и Ud3 выбираются так, чтобы в режиме «ТРЕВОГА» реле было обесточено (то есть на выходе AD2.1 была единица), а светодиод VD4 светился (,то есть на выходе AD2.2 быль ноль). Для этого необходимо, чтобы Ud2 и Ud3 были меньше логической единицы [(0,7÷1)]·E.
С другой стороны для обеспечения режима НОРМА (ОХРАНА) Ud2 и Ud3 должны быть больше логического нуля [(0÷0,2)E]. В связи с вышесказанным берем
,
где E – напряжение питания предыдущего каскада
Тип реле выбирается из существующей библиотеки Workbench. В спецификации реле две последние цифры указывают минимальное напряжение для питания реле. Из выбранных реле желательно использовать реле с меньшим током срабатывания для снижения мощности потребления от источника питания.
В качестве светодиода для сигнализации о тревоге следует использовать красный светодиод.
Диод VD3 защищает выход микросхемы AD2.1 от дополнительного напряжения возникающего на обмотке реле в момент закрытия этой микросхемы. Ток в обмотке мгновенно прекратиться не может, он продолжает течь, сохраняя направление, через паразитную емкость реле. Без диода
где UL – падение напряжения на реле; в зависимости от скорости изменения тока это напряжение может быть весьма большим UL=Ldi/dt
При наличии диода напряжение на выходе AD2.1 уменьшается и становится равным
Расчет сопротивлений r19 и r20
Ток Iр1 через реле К1 должен быть больше паспортного тока срабатывания Iср при открытом компараторе AD2.1; ток Ip2 должен быть меньше паспортного тока отпускания Iотп при закрытом компараторе AD2.1
,
,
где U"Ø" – напряжение на выходе микросхемы при открытом компараторе ; U"1" – напряжение на выходе микросхемы при закрытом компараторе; Rр – сопротивление обмотки реле.
Для расчетов примем U"Ø" = 2В; U"1" = 7,8 В при Е=10В. При проведении эксперимента уточним значения U"Ø" и U"1" и, соответственно, пересчитаем значение R19 .
Сопротивление R20 ограничивает ток IVD4:
,
где Iв.д. – паспортное значение тока через светодиод
UД – паспортное значение падения напряжения на светодиоде.
Из вышеуказанного выражения находится значение R20.