JOLANTA CIEŚLA Rzeszów, 09.06.2014r.

JERZY HOWICKI

ADAM KOKOT

ET-DI

L3

Laboratorium z Konstrukcji i Technologii
Urządzeń Elektronicznych

UKŁAD KONWERTERA NAPIĘĆ:
(-10÷10)V NA (2÷24)V

1. Wstęp.

Celem realizowanego projektu było zaprojektowanie oraz zasymulowanie działania dowolnie wybranego układu elektronicznego. Zdecydowaliśmy się wybrać projekt układu konwertera napięć
z przedziału ( − 10 ÷ 10)V na zakres (2÷24)V. Zadanie polegało na wykonaniu projektu układu nieliniowego, wzmacniacza, zasymulowaniu działania układu oraz zaprojektowaniu płytki drukowanej.

2. Zasada działania układu.

Układ składa się z dwóch osobnych części: wzmacniacza oraz układu nieliniowego. Schemat blokowy układu znajduje się poniżej.

Układ nieliniowy ma tworzyć ramię paraboli umieszczonej w odpowiednich punktach zamieszczonych w tabeli poniżej.

Uwe Uwy1 -10 0,5 -6 0,875 -2 1,5 2 2,5 6 4 10 6

Układ zbudowany jest z 3 typów elementów: rezystorów, potencjometrów
oraz diod stabilizujących, których napięcie progowe wynosi 0,7V. Początek budowy układu
to zmontowanie 3 rezystorów, dla których przy napięciach wejściowych U_we1 = –10V oraz U_we2 = 8V napięcie wyjściowe ma wynosić dokładnie U_wy = 0,5V.

Wartości rezystorów zależą od wzmocnienia, jakie potrzebujemy w danym zakresie charakterystyki. Dla pierwszej części wykresu wzmocnienie powinno mieć wartość około 0,1, czyli stosunek $\frac{R_{3}}{R_{1} + R_{3}} = 0,1.$ Wartości rezystorów zostały dobrane następująco: R₁=100kΩ, R₃=10kΩ. Rezystor R₂ został dobrany tak, aby napięcie na wyjściu było równe dokładnie 0,5V dla –10V na wejściu.

Kolejny etap to odtworzenie charakterystyki z zakresu napięć wejściowych od –6V do –2V. W tym zakresie nasze napięcie wyjściowe powinno wynosić odpowiednio od 0,875V do 1,5V. Dla ustawienia powyższych napięć zostały użyte 3 rezystory oraz dioda.
W budowie rzeczywistego układu 2 rezystory
(R₁ i R₂) zostały zastąpione potencjometrem,
dla umożliwienia korekcji podczas testowania układu.

Zasada działania tej części układu polega na odpowiednim dobraniu stosunku wartości rezystorów R₁ i R₂, tak, aby dobrać napięcie progowe diody dla rozpoczynających
się odpowiednich części charakterystyki. Rezystorem R₃ możemy regulować nachylenie charakterystyki względem osi x (U_we). W ten sposób zostały wykonane 3 odcinki charakterystyki
(–6÷2)V, (2÷2)V oraz (2÷6)V. Ostatnia część charakterystyki została wykonana poprzez zamianę napięcia zasilającego rezystor R₂ (U_we2) na masę.

2. Symulacja w programie PSpice.

Do zaprojektowania oraz zasymulowania układu został użyty program PSpice 9.0. Schemat układu nieliniowego znajduje się poniżej.

Symulacja została wykonana poprzez ustawienie źródła napięciowego, jako zmienne
w zakresie od –10V do 10V. Wyjście układu jest zaznaczone jako V (woltomierz) na schemacie.

Wynik symulacji w PSpice:

Porównanie charakterystyki założonej w projekcie oraz symulowanej (na niebiesko została oznaczona charakterystyka symulowana, na czerwono założona):

Patrząc na powyższe porównanie charakterystyk, możemy stwierdzić, że projektowanie
oraz symulacja zostały przeprowadzone poprawnie. Wartości praktycznie się nie różnią. Jedyna różnica jest widoczna przy napięciu wejściowym równym 4V, jednak odchylenie charakterystyk
jest bliskie 0,1V.

2. Analiza wpływu temperatury na układ.

0°C	50°C	100°C	150°C

2. Schemat pełnego układu ze wzmacniaczem.

2. Projektowanie płytki drukowanej.

Do zaprojektowania płytki został użyty program PCB Layout. Na płytce są widoczne
2 dodatkowe elementy nie pokazane w schematach symulacyjnych. Jest to dioda Zenera 8,2V
oraz rezystor o wartości 500Ω. Zostały one wprowadzone do ustabilizowania napięcia wejściowego U_we2. W rzeczywistym układzie napięcie wejściowe U_we2 będzie wynosić 12V.

Schemat płytki drukowanej:

2. Podsumowanie i wnioski.

Zestawienie wartości elementów użytych do konstrukcji układu:

Element	Wartość/Model	Element	Wartość/Model
Rezystor R1	10kΩ	Rezystor R51	1kΩ
Rezystor R2	47kΩ	Rezystor R52	150kΩ
Rezystor R3	91kΩ	Rezystor R53	10kΩ
Rezystor R4	150Ω	Rezystor R54	3,6kΩ
Rezystor R13	33kΩ	Rezystor R55	30kΩ
Rezystor R14	43kΩ	Potencjometr 1 (R11, R12)	10kΩ
Rezystor R23	10kΩ	Potencjometr 2 (R21, R22)	10kΩ
Rezystor R24	30kΩ	Potencjometr 3 (R31, R32)	10kΩ
Rezystor R33	10kΩ	Potencjometr 4 (R41, R42)	4,7kΩ
Rezystor R34	4,7kΩ	Tranzystor Q2	Q2N2222
Rezystor R43	6,8kΩ	Tranzystor Q3	Q2N2222
Rezystor R44	1,2kΩ	Tranzystor Q4	Q2N3906
Rezystor R51	15kΩ	Dioda D1, D2, D3, D4	D1N4148

Celem projektu było stworzenie układu konwertera napięć z przedziału ( − 10 ÷ 10)V
na zakres (2÷24)V. Projektowanie układu oraz symulacja zostały wykonane prawidłowo, układ powinien funkcjonować.