Скачать

Расчёт усилителя постоянного тока и источника питания

Министерство общего и профессионального образования РФ

Сибирский Государственный Индустриальный Университет

Расчётно­­­-пояснительная записка к курсовой работе по

промышленной электронике

Тема: Расчёт усилителя постоянного тока и источника питания

Вариант №7Номер зачётной книжки: 94051

Выполнил студент г. ЗЭПА-95

Лавриненко Д.В.

  1. Расчет усилителя постоянного тока

Усилитель постоянного тока (УПТ) служит для усиления медленно меняющихся сигналов, значение которых после изменения остается постоянным сколько угодно долго. Нижняя рабочая частота УПТ , а высшая – определяется назначением усилителя и условиями его работы.

Возьмём в качестве усилительного каскада операционный усилитель который имеет большей коэффициент усиления и допускают изменение выходного сигнала почти в полном диапазоне питающего напряжения, а так же обладают высоким входным и сравнительно малым выходным сопротивлениями, отличается большей стабильностью и простотой использования.

Промышленность выпускает сотни типов операционных усилителей (ОУ), они имеют неинвертирующий и инвертирующий входы и неинвертирующий выход. Принцип работы (ОУ) заключается в том, что выходной сигнал изменяется в положительном направлении, когда потенциал на неинвертирующем входе становится более положительным, чем потенциал на инвертирующем входе, о наоборот. Это не означает, что на одном входе потенциал всегда должен быть более положительным, чем на другом, а просто указывает относительную фазу выходного сигнала.

Применение сильной ООС снижает усиление и обеспечивает его стабильность.

  1. Усилитель постоянного тока

Дано: , , , .

,где

R1 – входное сопротивление, влияющее на Kу схемы.

R2 – компенсация токов смещения ОУ,

R3 – параллельная, отрицательная обратная связь по напряжению.

C1, C2 – ёмкости для сглаживания высокочастотных пульсаций питающего напряжения.

по условию, тогда предположим

R2 =100KОм р R1 = 10KОм, (1, стр.184)

, (1,стр. 185.)

.

  • Возьмём ОУ К140УД8А, который имеет следующие характеристики (2):
  • номинальное напряжение питания ………………… ±15В,

    ток потребления ……………………………. не более 5мА,

    коэффициент усиления ……………………………. 50 000,

    выходное напряжение …………………….. не менее ±10В,

    рабочая частота ……………………………………… 1МГц.

    ток нагрузки …………………………………. не более 5мА,

    Все параметры соответствуют условиям задачи.

    1. Выпрямитель напряжения со стабилизатором

    Дано: ,,.

    Решение.

    Берём схему компенсационного стабилизатора напряжения, у которого Кстаб = 20…50, что удовлетворяет условию и берём двуполупериодный выпрямитель на диодах.

    Поскольку плечи стабилизатора идентичны, то рассчитываем одно плечо с использованием однотипных транзисторов разной структуры.

  • Стабилизатор напряжения на транзисторе
    1. Ток нагрузки одного плеча стабилизатора равняется сумме токов: потребления ОУ и тока нагрузки на выходе ОУ; 5 + 5 = 10мА.
    2. Возьмём транзистор КТ315А (КТ361А), его параметры: h21Э = 20…90, Iк.max = 100мА, Uкэ = 25В, и стабилитрон КС515Г, его параметры: Iст = 10мА,

    Uст = 15 ± 0,75В.

    1. ,
    2. ,
    3. , где Iст – ток стабилизации стабилитрона.
    4. Ток, протекающий через R1, R2, , берём U0 = 17В,

  • Выпрямитель
    1. По полученным данным подбираем диоды выпрямительного моста (U0 = 17В, Iд = 39 мА).

    – средний ток, протекающий через диоды выпрямительного моста (3).

    – обратное напряжение на диоде выпрямительного моста (3).

    1. Выбираем диодную сборку КДС523Г (2), её параметры: , , .
  • Расчет трансформатора выпрямителя.
    1. Сопротивление трансформатора. Ом 1 (3).
    2. Напряжение на вторичной обмотке трансформатора: (3)

    .

  • Ток во вторичной обмотке трансформатора: (3)
  • .

  • Ток в первичной обмотке трансформатора:
  • (3).

  • Вычисляем габаритную мощность трансформатора:
  • (3).

    и находим произведение площади сечения сердечника трансформатора QC на площадь окна сердечника QО , которое в зависимости от марки провода обмоток равно:

    QC ⋅ QО = 1,6PГ для провода марки ПЭЛ;

    QC ⋅ QО = 2PГ для провода марки ПЭШО;

    QC ⋅ QО = 2,4PГ для провода марки ПШД.

    Выбираем провод марки ПЭЛ, при этом:

    QC ⋅ QО = 1,6PГ = 1,6 ⋅ 2,53 = 4,05 см4.

    1 В формулах напряжение в вольтах, ток в мА, сопротивление в Ом, ёмкость в мкФ.

  • Из таблицы (3, стр. 182, Т. №6) основных данных типовых Ш-образных пластин, по значению QC ⋅ QО выбираем для сердечника трансформатора пластины типа Ш-14 с QО = 1,47 см2 ; ширина среднего стержня сердечника а = 1,4см; высота окна h = 2,1см и ширина окна b = 0,7см.
  • При этом получаем :

    (3).

    Необходимая толщина пакета пластин:

    (3), берём 2 см, то QС = а ⋅ с = 2,8 см2

    Отношение . Его рекомендуется брать в пределах 1…2. Если оно выйдет за эти пределы, то необходимо выбрать другой тип пластин.

  • Определяем число витков w и толщину провода d первичной и вторичной обмоток трансформатора.
  • (3);

    (3);

    (3), берём 0,1 мм;

    (3).

    1. Расчет фильтра.
      1. Расчет необходимого конденсаторного фильтра С0, от этой ёмкости зависит коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения.

    (3), берём два конденсатора по 20мкФ, включенных параллельно.

  • Рабочее напряжение конденсаторов:
  • (3) берём 25В.

  • Коэффициент пульсаций на входе параметрического стабилизатора:
  • (3).

    Так же необходимо в схему стабилизатора включить ёмкости С1 и С’1 для уменьшения пульсаций стабилизированного напряжения.

    Ёмкости С7 и С8 необходимо монтировать как можно ближе к корпусу ОУ, что бы компенсировать высокочастотные помехи в сети питания.

    Итоговая схема устройства

    Список используемой литературы.

    1. П.Хоровиц, У.Хилл, “Искусство схемотехники”, в трех томах,

    Т - 1, М, “Мир”,1993г.

    1. Серия МРБ, “Справочная книга радиолюбителя-конструктора”, под ред. Н.И. Чистякова, М, “Радио и связь”, 1990 г.
    2. Л.Н. Бочаров, С.К. Жебряков, И.Ф. Колесников,

    “Расчет электронных устройств на транзисторах”,

    М, “Энергия”, 1978 г.