Су деңгейінің индикаторы құрылғысының бақылау жүйесін әзірлеу

Пән: Автоматтандыру, Техника
Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 25 бет
Таңдаулыға:

Курстық жұмыс
Су деңгейінің индикаторы құрылғысының бақылау жүйесін әзірлеу

Кіріспе

Қоғамның дамуы елдің ғылыми-техникалық озуына, өндіруші күштердің артуына негіз болады. Адамдардың қажеттіліктері, талаптары арту нәтижесінде жылдан жылға адам баласы қолданатын техникалардың, аспаптардың, құрылғылардың құрылымдары күрделеніп, ыңғайлы функциялармен қамтамасыз етіліп жатыр. Тіпті, мектептерде, жоғарғы оқу орындарында заманауи техникалардың қалай жұмыс істейтіні, неден тұратыны, қалай құрастырылатыны түсіндіріліп, үйретілуде. Сонымен қатар, интернет желілерінің көмегімен де оқушылар, студенттер, жас мамандар өздерінің қабілеттіліктерін арттыра алады. Яғни қазіргі таңда кез-келген адам әр түрлі техникалық аспаптар мен элементтер көмегімен өзіне қажетті құрылғы жасауына болады. Заманға сай көптеген қолайлы мүмкіндер артып, көпшілікке қол жетімді болып жатыр.
Осы техникалардың, құрылғылардың жұмыс істеуіне мүмкіндік беріп тұрған бөлік - әр түрлі функцияларды атқаратын жүйелері. Сол жүйелердің бірі - бақылау жүйесі. Оларды компьютерлік бағдарламалар, радиотехникалық, схемотехникалық секілді элементтер қамтуы мүмкін. Әр техниканың, құрылғының өзіне тән жүйелері болады.
Бақылау жүйесімен қамтылған құрылғылардың бірі - су деңгейінің индикаторы. Осы құрылғының көмегімен біз су деңгейін бақылай аламыз.
Әрине, бір құрылғыны жасау үшін бірнеше жолды қолдануға болады. Солардың ішіндегі бізге ыңғайлысы - бұл біздің құрылғымыздың құрылымын радиотехникалық элементтер көмегімен жасау.
Кейде су құйылған түрлі түсті ыдыстардағы судың деңгейін бақыламау түрлі қиыншылықтар тудыруы мүмкін. Мысалы, биікте орналасқан бөшкелер, су қоймалары, не болмаса, жердің астына көмілген бөшкелер, құдықтар. Осы қиыншылықтарға себеп болатын бірнеше мәселелер бар.
Біріншіден, су сорғышымен су толтырғанда бөшкедегі су деңгейін білмеу нәтижесінде бөшке суға толып, төгіліп жатады.
Екіншіден, бөшкенің қай кезде толғанын, қай кезде таусылғанын білу қиынға соғады, яғни бөшкені өзіміз барып, бірнеше рет тексеріп тұруымыз керек болады.
Нәтижесінде, су ысырап болып, энергия жоғалту көп болады. Осы мәселелерді электронды құрылғы құру арқылы қанағаттандыруға болады.
Ал құрылғымызды іске қосу үшін қолданылатын қарапайым жол - ғимараттардағы 220 В қорек көздерін немесе арнайы батареяларды пайдалану. Сонымен қатар, қазіргі таңда энергия алудың көптеген жолдары бар екенін ескерсек, қорек көзі ретінде күн энергиясын пайдалану арқылы құрылғымызды іске қоссақ болады. Яғни Су деңгейінің индикаторы құрылғысын күн панельдерімен қамтамасыз етіп, тек суды ғана үнемдемей, тіпті, энергияны да үнемдей аламыз.

1 Құрылғы туралы теориялық ақпарат

Су деңгейінің индикаторы құрылғысы сумен тығыз байланысты жұмыс істейді. Оның бақылау жүйесінің қарапайым схемасына тоқталайық.
----------------------------------- ----------------------------------- ----------

----------------------------------- ----------------------------------- ----------

----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1.1-сурет. Су деңгейінің индикаторының схемасы
----------------------------------- ----------------------------------- ----------

Өткізгіш арқылы схемаға 9 В кернеу беріліп, R10 және R1 резисторларынан су арқылы ток өтіп, VT1 транзисторы ашылады. Яғни ток база арқылы эмиттерді ашады. Нәтижесінде, схемамызға 9В кернеу беріліп, жарық диодтары қосылады. Сәйкесінше, осы жүйемен келесі жарық диодтары да жұмыс істейді
Судың ток өткізу коэффициенті жоғары болғандықтан, ыдыстың 13 бөлігінде су болғанда, бірінші жарық диоды, 23 бөлігінде су болғанда алғашқы екі жарық диодтары және ыдыс толықтай толғанда, сәйкесінше, үш жарық диодтары жанатындай электродтарды бір-бірінен 2-3 см арақашықтықта жалғау керек. Бірнеше жарық диодтарын алсақ болады, тіпті, 10-нан көп. Себебі, жарық диодтарының санын көбейткен сайын, біз ыдыстағы судың деңгейін нақты біле аламыз.
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Маңызды элементтері: транзисторлар, резисторлар, жарық диодтары және өткізгіш сымдар (1-кесте).
----------------------------------- ----------------------------------- ----------

----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1-кесте
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Қолданылған элементтер
----------------------------------- ----------------------------------- ----------

№
Белгіленуі
Түрі
Саны
1
VT
Транзистор,
n-p-n, KT315Б

3
2
R
Кедергі,
390 Ом,
10 кОм,
1 кОм

4
3
3
3
LED
Жарық диоды
3

2 Құрылғыны құрайтын элементтер
2.1 Жарық диодтары, негізгі сипаттамаларлары

Жарық диоды - бұл p-n ауысуы бойынан ток өткенде жарық шығаратын құрал. Cәулелерінің әртүрлі толқын ұзындығына ие болуы, жұмыс кернеуінің төмендігі және жұмыс істеуге аз ток қажет етуі (1,5-3,0 В, 3-50 мА), жоғары сенімді болуы секілді қасиеттері, сонымен қоса, төмен құнымен ерекшеленеді. P-n ауысуы арқылы өтетін ток, n-облысында (эмиттерлі облыс) кемтік түрінде өтсе, p-облысы (базалық облыс) арқылы электрондар түрінде өтеді. Байланыс тоғысқан кезде олардың энергиясы сәулеленуге (фотонға) айналады [4].
Яғни n-облысындағы электрондардың p-облысына инжекциясы және осы уақытта p-облысындағы кемтіктердің n-облысына инжекциясы да басталады.
Шалаөткізгішті жарық диодтарының жұмыс істеу принципі - электр энергиясын электромагниттік сәулеленуге, спектрі толығымен немесе ішінара көрінетін аймақта болатын сәулелерге түрлендіру. Яғни квант энергия сәулеленуі пайда болады. Максималды энергия шамасы шалаөткізгіштің тыйым салу зонасының еніне тең болуы керек. 1,8 эВ аз болатын шалаөткізгіштің тыйым салу зонасының ені 0,7 мкм (көрінетін жарық диапазоны 0,45...0,68 мкм). Мысалы, кең қолданылатын шалаөткізгіштер германий (0,66 эВ), кремний (1,12 эВ), арсенид галлий (1,44 эВ) жарық диодтарын дайындауда қолданылмайды.
Қазіргі кезде жарық диодын жасауға кең қолданылатын шалаөткізгіштер - фосфид галлий (GаР), қатты заттар (GаАsР, GаАlАs) және карбид кремний (SіС) [6].
Жарық диодтарының ондаған түрі шығарылып, солардың көмегімен күрделі иникаторлы құрылғылар құрылып жатыр.
Жарық диодтарын әртүрлі химиялық элементтерден жасайды. Бөлінген ∆W энергия тыйым салу зонасының еніне сәйкес келеді, яғни

hν=hcλ≈∆W (2.1)
Мұндағы, Планк тұрақтысы h=6.63∙10-34 Дж∙с, жарық жылдамдығы c=3∙10-8мс.

Шамаларға сәйкес мәндерді қойсақ, сәуле шығаруға қажетті толқын ұзындығына λ (микрометрде) қажетті тыйым салу зонасының енін ∆W (электрон-вольтта) таба аламыз.

∆W≈1.23λ (2.2)

Осы қатынастан 0,38-ден 0,78 мкм шалаөткізгіш көрінетін жарыққа ∆W1,7 эВ қажет екенін көреміз. Германий мен кремний жарық диодтарына жарамсыз. Себебі олардың тыйым салу зоналары өте аз. Сондықтан олар заманауи жарық диодтарын жасау үшін қолданылмайды [5].
Сәуле толқын ұзындығын (түсін) жарық диодтарының материалдарын таңдау арқылы немесе қоспаларды қосып өзгертуге болады. GaAs қоспасы тура ауысу кезінде 900 нм аймаққа (инфрақызыл сәулеге жақын) сәуле шығарады. AlxGa1-xAs құрамында алюминийдің шамалы саны артқан сайын қызыл аймаққа жылжиды. GaAs1-xPx құрамында фосфор мөлшері артқан сайын толқын ұзындығы азайып, азот қосқаннан кейін, қызыл не болмаса сары түске ие болады. GaP қоспасы цинк атомы мен оттегіден қызыл түсті, азотпен жасыл түсті сәуле шығарады. SіС, GaN, ZnSe, ZnS секілді қоспалардан көк түсті сәуле шығаруға болады.
Жарық диодтары ойыншықтарда, көліктерде, лампаларда және т.б. жерлерде қолданылады [4].
Сонымен қатар, құрылғылардағы мәліметтердің өзгеруін жарық диодымен көрсету үшін де қолданылады. Ең эффективті адам көзіне әсер ететін түс - жасыл, себебі көздің максималды сезімталдығы 0,55 мкм жасыл спектрінде [6].
Алғашқы жарық шығарушы құрылғылар түзу вольт-амперлі сипаттамаға ие болды, яғни диод секілді [7].
Кейде жарық диодын инжекциялы жарық диодтары деп те атайды. Себебі мұндағы сәуле шығу құбылысы инжекциялы электролюминесценция атты құбылысқа сәйкес келеді [5].
Жарық диодтарының маңызды сипаттамалары:
* жарық күші канделамен өлшенеді;
* жарықтығы - жарық күшінің алып жатқан ауданына қатынасы;
* тұрақты тура кернеу (2-3 В);
* жарқырау түсі және толқын ұзындығы;
* максималды тұрақты ток;
* максималды тұрақты кері кернеу;
* жарық диоды жұмыс істей алатын орта температурасы. Орташа температура - 60-тан 70 °С.
Сонымен қатар, жарық диодтары үшін қосымша мынандай сипаттамалары бар:
* жарықтық сипттамасы - тура токка жарықтың тәуелділігі;
* светтік сипаттамасы - жарық күшінің тура токқа тәуелділігі;
* спектральді сипаттама - шашыраудың тура токқа тәуелділігі;
* вольт-амперлік сипаттама - қарапайым түзеткіш диод секілді;
* маңызды сипаттамасы - шашыраудың бағыттау диаграммасы. Ол жарық диодындағы линзалардың болуына, диод құрылымына және т.б. факторларға байланысты. Шашырау бағытталған немесе диффузиялы болуы мүмкін.
Аталған сипаттамалар жарық диодының температурасына байланысты.

2.1.1-сурет. Жарық диодтары үшін тұрақты токқа жарықтық тәуелділігінің типтік қисық сызығы

2.1.2-сурет. Жарық диодтарының сәулеленуінің типтік спектрі

Мысалы, жарықтығы және жарық күші температура артқан сайын кемиді. Сонымен қоса, жарық диодтарының жұмыс істеу шапшаңдығы өте жоғары.
Жарық диодтарындағы ішкі жұтылу нәтижесінде шашырауы азайып жатады. Олардың сыртқы құрылымы линзалы металл қорапшадан немесе түссіз пластмасс қорапшадан жасалады. Ол жарық шашырауына көмектеседі. Және де қорапшасыз жарық диодтары бар [5].
Жарық диодтарының маңызды сипаттамалары және максималды рұқсат етілетін режимін қосымша А-ны қараңыз [6].
Жарық диодтары күрделі жүйелі құрылғылардың маңызды бөлігі болып келеді. Мысалы, индикаторлар [5].

2.1.3-сурет. Берілген температура индикациясының сxемасы

2.1.4-сурет. Сигналды басқару индикациясының сxемасы

2.1.3-суретте термостатикалық көлемде берілген температураны орнату кезіндегі сигнал беретін құрылғы көрсетілген. Бастапқыда үлкен омдық кедергі кезінде транзистор VI жабық -- қызыл түсті жарық диоды жанып тұр VЗ (температура өсуде). Қажетті температураға және сәйкес кедергіге жеткенде R1транзистор V1 ашылады, Қызыл жарық диоды өшіп, жасыл жарық диоды V2 жанады.
Сигналдың модуляциясының болуын көрсету схемасы 2.1.4-суретте. Кірісте сигнал пайда болғанда сигнал модуляциясының энергиясының жарты бөлігі C1 конденсаторға өтеді, екі транзисторлармен күшейтіліп, жарық диодтарының жарқырауы пайда болады. Осы индикатор көмегімен сигнал модуляциясының бар-жоғын байқай аламыз [6].

2.2 Биполярлы транзисторлар, құрылымы
----------------------------------- ----------------------------------- ----------

----------------------------------- ----------------------------------- ----------

2.2.1-сурет. Транзистор

Транзистор - екі өзара әрекеттесетін электронды кемтікті бар үш электрод жартылай өткізгіш құрылғы (2.2.1-сурет). Аймақтардың ауысу тәртібіне байланысты, p-n-p және n-p-n түріндегі транзисторлар болып бөлінеді. Екі түрдегі транзисторлардың жұмыс принциптері бірдей [10].
Транзистордың екі түрі бар: биполярлы, өрістік.
Биполярлы транзистор - өзара әрекеттесетін екі ауысуы бар және үш немесе одан да көп шықпалары бар жартылай өткізгіш құрылғы, оның күшейтетін қасиеттері маңызды емес заряд тасымалдаушылардың инжекция және экстракция құбылыстарына байланысты. Биполярлық транзистордың жұмысы екі полярлықтың тасымалдаушыларына да байланысты.
Өрістік транзистор - бұл күшейткіш қасиеттері өткізгіш арна арқылы өтетін және электр өрісі арқылы басқарылатын негізгі тасымалдаушылардың ағынымен байланысты жартылай өткізгіш құрылғы. Өрісті транзисторлардың жұмысы бір полярлықтың заряд тасымалдаушыларына байланысты [11].
Транзистор құрылымының аймақтарының бірі, әдетте инжекция режимінде қолданылатын - эмиттер, ал аралық аймақ - бұл база. Басқа экстремалды аймақ коллектор деп аталады, оның басты мақсаты - негізгі аймақтан тасымалдаушылар алу, сондықтан эмиттерден гөрі үлкен өлшемді болып келеді. Эмиттер мен база арасында қалыптасқан электронды-тесік түйіні эмиттер ауысуы деп аталады, ал коллектор мен база арасындағы коллекторлық ауысу деп аталады. Суретте электродтар көрсетілген. Эмиттер, базалық және коллекторлық аймақтардың омдық байланысын тудырады.
Тура кернеу Ua инжекция режимін қамтамасыз ету үшін эмиттерге беріледі, ал кері кернеу UК экстракция режимінде жұмыс істейтін коллекторға беріледі. Эмиттерлік және коллекторлық тізбектердің ортақ нүкте негізгі электродқа қосылған. Бұл транзистордың қосылу ортақ базасы деп аталады. Қосылудың басқа әдістері төменде келтірілген.
Транзистордағы базаның қалыңдығы кемтіктердің диффузиялық ұзындығынан әлдеқайда аз, сондықтан эмиттер арқылы инжекцияланатын кемтіктердің негізгі бөлігі коллекторлық ауысуға базадан өтеді. Мұнда кемтіктер кері бағытта қосылған коллектор ауысуының өрісіне айналдырылып, оның тізбегінде ток түзеді, оның ұзындығы коллекторға жететін кемтіктер санына пропорционал, яғни эмиттердің тогы Iэ:

Ik=αIэ (2.3)

Пропорционалдылық коэффициенті α эмиттердің ток өткізу коэффициенті деп аталады. Рекомбинация әсерінен кемтіктердің жоғалуы кезіндегі жіңішке базада ток коэффициент 0,99-0,999 дейін жетуі мүмкін
Сонымен қатар, коллектордың схемасында Iko коллекторлық тораптың өзіндік аз мәнді кері тогы өтеді. Жалпы коллекторлық ток IK:

IK=αIэ+Iko ( 2.4)

Транзистор басқарылатын құрылғы болып табылады, өйткені оның коллекторлық ток мәні эмиттер ток шамасына байланысты. Егер база жеткілікті жұқа болса, эмиттердің тогын өзгерткен кезде коллектордың тогының өзгеруі өте аз инерциямен өзгереді. Бұл транзисторды төмен жиілікте ғана емес, жоғары жиілікте де басқарылатын элемент ретінде пайдалануға мүмкіндік береді [9].
Р-n-ауысуы түріндегі электрлік ауысуларды түзететін биполярлы транзисторлар құрылымының схемалық көрінісі 2.2.2-суретте көрсетілген. Егер р-n арасындағы қалыңдығы (базаның қалыңдығы) тасымалдаушылардың диффузиялық ұзындығынан әлдеқайда аз болса, p-n ауысуы арасындағы өзара әсерлесу болады. Бұл жағдайда алдыңғы бағытқа жылжытылған кезде р-n түйістерінің біреуіне енгізілген заряд тасымалдаушылар кері кернеудегі басқа өтпеге жетуі және оның ағынын өзгертуі мүмкін. Осылайша, биполярлы транзистордың электрлік ауысуларын түзетудің өзара әрекетінен бір ауысулардың тогы басқа ауысудың тогын басқара алатындығымен көрінеді.

2.2.2-сурет. Биполярлы транзистордың құрылымдық сxемасы. а) p-n-p типті, б) n-p-n типті

2.2.3-сурет. Реал транзистордың құрылымы. 1-эмиттер, 2-коллектор, 3- базалық облыс электрод, 4- активті, 5-пассивті, 6- шеткі базаның бөлігі

Транзистордың әр p-n ауысуларын тура немесе кері бағытта ауыстыруға болады. Осыған байланысты транзистордың үш режимі көрсетіледі:
1. Кесу режимінде транзистор арқылы салыстырмалы түрде аз токтар өтсе, p-n ауысулардың екеуі де кері бағытта жылжиды.
2. Қанығу режимінде транзистор арқылы салыстырмалы түрде көп токтар өтсе, p-n ауысулардың екеуі де тура бағытта жылжиды.
3. Белсенділік режимінде p-n-ауысулардың бірі тура бағытқа, екіншісі кері бағытта жылжытылады.
Кесу және қанығу режимінде транзистор басқарылмайды. Белсенділік режимде бақылау ең тиімді болып табылады және транзистор электр тізбегінің белсенді элементінің функцияларын орындай алады (күшейту, генерация, қайта қосу және т.б.).
p-n арасындағы транзистордың аймағы база деп аталады. Негізгі іргелес аумақтар жиі бірдей болмайды. Аймақтардың бірі базаға тасымалдаушылардың инжекциясы эффективті болатындай жасаса, бірін p-n ауысуға сәйкес базада экстракция болатындай жасайды.
Транзистордағы базаға тасымалдаушылардың инжекциясы болатын аймағы эмиттер деп аталады, сәйкесінше p-n -ауысу- эмиттері.
Транзистордағы базаға тасымалдаушылардың экстракциясы болатын аймағы коллектор деп аталады, сәйкесінше p-n -ауысу- коллекторы.
Егер кернеу эмиттер ауысуынада тура және кернеу коллекторда кері болса, онда транзистор дұрыс қосылған, керісінше кернеулер болса, ол инверсті болады.
Зарядтаушы тасымалдағыштар белсенді режимде өтетін эмиттер мен коллектор арасында орналасқан базаның бөлігі белсенді бөлік деп аталады. База шығысы мен эмиттер арасында орналасқан базаның бөлігі пассивті деп аталады, ал базалық шығыста орналасқан бөлік перифериялық болып табылады.
Басты транзисторлық сипаттамалар базадағы процестермен анықталады. Базада қоспалардың бөлінуіне байланысты электр өрісі болуы да, болмауы да мүмкін. Базада токтың болмаған кезінде эмиттердегі маңызды емес тасымалдаушылардың коллекторға қозғалысы ықпал ететін электр өрісі болса, транзистор дрейфті деп аталады, ал егер базасында өріс жоқ болса дрейфті емес деп аталады.
Транзисторды қосудың үш схемасы бар: ортақ эмиттер, ортақ база және ортақ коллектор. Транзисторлық күшейту қасиеттері ортақ эмиттердегі кіріс тізбекке эмиттерлік, ал шығыс тізбекке коллекторлық тізбекті қолданғанда пайда болады. Ортақ эмиттер тізбегінде кіріс тізбек-база, шығыс тізбек коллектор болып табылады. Ортақ коллекторлы тізбекте кіріс тізбек база болса, ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.