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 №7
Номер 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 – 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. Усилитель постоянного тока
Дано: , .
|
С1 ,С2 – 0,047мкФ |
|
R1 |
|
R3 |
|
DA1 |
|
Uвх |
|
Uвых |
|
5 |
|
8 |
|
3 |
|
4 |
|
7 |
|
1 |
|
|||||||||||||
|
|||||||||||||
|
|||||||||||||
|
|||||||||||||
,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 ð R1 = 10KОм, [1, стр.184]
[1,стр. 185.]
2.1. 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.
3. Выпрямитель напряжения со стабилизатором
Дано: ,.
Решение.
|
I3 |
|
VT1 |
|
ТР |
|
R1 |
|
C1 |
|
C0 |
|
U1 |
|
U2 |
|
U0 |
|
VD1-VD4 |
|
VD5 |
|
VT2 |
|
R2 |
|
C’0 |
|
VD6 |
|
C’1 |
|
I0 |
|
Iд |
Поскольку плечи стабилизатора идентичны, то рассчитываем одно плечо с использованием однотипных транзисторов разной структуры.
3.1. Стабилизатор напряжения на транзисторе
3.1.1. Ток нагрузки одного плеча стабилизатора равняется сумме токов: потребления ОУ и тока нагрузки на выходе ОУ; 5 + 5 = 10мА.
3.1.2. 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.
3.1.3.
3.1.4. ,
3.1.5. Iст – ток стабилизации стабилитрона.
3.1.6. Ток, протекающий через R1, R2, , берём U0 = 17В,
3.2. Выпрямитель
3.2.1. 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].
3.2.2. Выбираем диодную сборку КДС523Г [2], её параметры:
4. Расчет трансформатора выпрямителя.
4.1. Сопротивление трансформатора. Ом 1 [3].
4.2. Напряжение на вторичной обмотке трансформатора: [3]
4.3. Ток во вторичной обмотке трансформатора: [3]
4.4. Ток в первичной обмотке трансформатора:
[3].
4.5. 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.
4.6. 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
4.7. Определяем число витков w и толщину провода d первичной и вторичной обмоток трансформатора.
[3];
[3];
[3], берём 0,1 мм;
[3].
5. Расчет фильтра.
5.1. Расчет необходимого конденсаторного фильтра С0, от этой ёмкости зависит коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения.
[3], берём два конденсатора по 20мкФ, включенных параллельно.
5.2. Рабочее напряжение конденсаторов:
[3] берём 25В.
5.3. 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
|
VT1 |
|
Т1 |
|
R1 |
|
C5 |
|
C1 |
|
VD1-VD4 |
|
VD5 |
|
VT2 |
|
R2 |
|
VD6 |
|
C6 |
|
С1–С4 – К50-16-20мкФ X 25В |
|
С7,С8 – КМ-5-0,047 мкФ |
|
R3 |
|
R4 |
|
R5 |
|
С7 |
|
DA1 |
|
Uвх |
|
Uвых |
|
5 |
|
8 |
|
3 |
|
4 |
|
7 |
|
С8 |
|
1 |
|
»220 |
|
+14В |
|
-14В |
|
C2 |
|
C3 |
|
C4 |
|
С5,С6 – К50-6-10мкФ X 16В |
|
R1,R1 – МЛТ-0,125-200 Ом |
|
R3 – МЛТ-0,125-10 кОм |
|
R4 – МЛТ-0,125-100 кОм |
|
R5 – МЛТ-0,125-9,1 кОм |
|
DA1 – К140УД8А |
|
Т1 – Ш-14 X 20; I – 3770 вит. ПЭЛ-0,1; II,III – в два провода 253 вит. ПЭЛ-0,15 |
|
I |
|
II |
|
III |
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.