Расчёт усилителя постоянного тока и источника питания
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.
2.
3. 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 => R1 = 10KОм, [1, стр.184]
, [1,стр. 185.]
.
3.1. 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.
4.
5. 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.
5.1. Стабилизатор напряжения на транзисторе
5.1.1. Ток нагрузки одного плеча стабилизатора равняется сумме токов: потребления ОУ и тока нагрузки на выходе ОУ; 5 + 5 = 10мА.
5.1.2. 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.
5.1.3. ,
5.1.4. ,
5.1.5. , где Iст – ток стабилизации стабилитрона.
5.1.6. Ток, протекающий через R1, R2, , берём U0 = 17В,
5.2. Выпрямитель
5.2.1. 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].
5.2.2. Выбираем диодную сборку КДС523Г [2], её параметры: , , .
6. Расчет трансформатора выпрямителя.
6.1. Сопротивление трансформатора. Ом 1 [3].
6.2. Напряжение на вторичной обмотке трансформатора: [3]
.
6.3. Ток во вторичной обмотке трансформатора: [3]
.
6.4. Ток в первичной обмотке трансформатора:
[3].
6.5. 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.
6.6.
6.7. 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.
6.8. Определяем число витков w и толщину провода d первичной и вторичной обмоток трансформатора.
[3];
[3];
[3], берём 0,1 мм;
[3].
7. Расчет фильтра.
7.1. Расчет необходимого конденсаторного фильтра С0, от этой ёмкости зависит коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения.
[3], берём два конденсатора по 20мкФ, включенных параллельно.
7.2. Рабочее напряжение конденсаторов:
[3] берём 25В.
7.3. 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.
2. Серия МРБ, “Справочная книга радиолюбителя-конструктора”, под ред. Н.И. Чистякова, М, “Радио и связь”, 1990 г.
3. Л.Н. Бочаров, С.К. Жебряков, И.Ф. Колесников,
“Расчет электронных устройств на транзисторах”,
М, “Энергия”, 1978 г.
лист
1