4.3 Проектирование сумматора и нуль-органа

Принципиальная схема нуль-органа приведена на рисунком 4.3, в соответствии с этой схемой выберем элементы, составляющие нуль-орган и поясним порядок работы схемы.

Рисунок 4.3 Схема принципиальная НО

Принцип работы нуль-органа следующий: с делителя напряжения R₁-R₂ снимается напряжение смещения, с движка резистора R₅ снимается напряжение управления, а с резистора R₃, необходимого для ограничения входного тока операционного усилителя DA₁ — опорное напряжение; в общей точке резисторов R₁, R₂, R₃ и R₅ происходит алгебраическое складывание потенциалов трех напряжений U_y, U_oп и U_см, когда потенциал в этой точке становится равным нулю происходит опрокидывание операционного усилителя, т.е. уровень выходного сигнала меняется на противоположный (низкий на высокий и наоборот).

Чтобы рассчитать сопротивления резисторов R₁ и R₂ необходимо знать величину напряжения смещения. Напряжение смещения выбирается таким, чтобы при напряжении управления равном нулю, угол открывания вентилей  был равен начальному углу открывания _нач, т.е. соответствующему максимально возможному углу открывания в режиме непрерывного тока. Для трехфазного мостового полууправляемого выпрямителя _нач составляет 180°. Изменения опорного напряжения описываются следующим выражением:

U _oп = (U _{oп max} /); (4.7)

где - угол открывания тиристоров;

U _{oп max} - максимальное значение опорного напряжения, равное 10В.

Нулевой потенциал в общей точке возможен при условии:

U_y + U_cм + Uoп = 0. (4.8)

Из уравнений 4.5 и 4.6, считая напряжение управления U_Y = 0, а угол открывания тирнсторов  = _нач, определим величину напряжения смещения:

u_{cm =} -(_нач ·U_{oп mах}) / = -10 В. (4.9)

В качестве операционного усилителя для унификации схемы выбираем микросхему К140УД1Б, параметры которой приведены в таблице 4.1.

Поскольку напряжение смещения попадает на вход операционного усилителя без ограничения тока, то общий ток через резисторы R₁ и R₂ не должен превышать входной ток операционного усилителя (см. таблицу 4.1), а следовательно, общее сопротивление этих резисторов можно определить как:

R_1,2=U_п/I_вх=10/(910^-6)=900 кОм; (4.10)

где Uп - напряжение питания схемы, равное 10 В.

Отношение напряжений U_R1 и U_R2 на резисторах R₁ и R₂ будет равно отношению сопротивлений этих резисторов, поэтому можно сделать вывод, что резистор R₂ в данном случае не нужен, а напряжение питания -10 В подается сразу через резистор R₁ с сопротивлением рассчитанным по формуле 4.8 на вход операционного усилителя.

Аналогичные выводы можно представить и для переменного резистора R₅, поэтому, согласно формуле (4.8) его сопротивление будет составлять 1 МОм, но благодаря использованию переменного резистора мы сможем изменять напряжение на входе операционного усилителя.

Резистор R₃ ограничивает входной ток операционного усилителя по цепи ГОН, зная, что максимальное напряжение на выходе ГОН составляет 10 В, определим сопротивление этого резистора:

R₃ = U_{oп max} / I_вх= 10 / (9·10^-6)=900 кОм. (4.11)

Сопротивление резистора R₄ равно 10 кОм, исходя из схемы подключения операционного усилителя [4].

В итоге выбираем:

• в качестве резисторов R₁, R₃ - резисторы С2-ЗЗН-0,125-1 МОм±5% [3];

• в качестве резистора R₄ - резистор С2-ЗЗН-0,125-10 кОм±5% [3];

• в качестве резистора R₅ - переменный резистор СПЗ-29М-0,5-1 МОм±5% [3].