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  , 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. 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
=100K
Ом
-R1
= 10K
Ом
, [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.
 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.
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: I
ст
= 10мА,
U
ст
= 15 ± 0,75В.
3.1.3.  ,
3.1.4.  ,
3.1.5.  , где I
ст
– ток стабилизации стабилитрона.
3.1.6. Ток, протекающий через R1
,
R
2
,
 , берём U
0
= 17В,
3.2. Выпрямитель
3.2.1. По полученным данным подбираем диоды выпрямительного моста (U
0
= 17В
, I
д
= 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 Q
О
, которое в зависимости от марки провода обмоток равно:
 QC
×
Q
О
= 1,6P
Г
для провода марки ПЭЛ;
QC
×
Q
О
= 2P
Г
для провода марки ПЭШО;
QC
×
Q
О
= 2,4P
Г
для провода марки ПШД.
Выбираем провод марки ПЭЛ, при этом:
QC
×
QО
= 1,6P
Г
= 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  . Его рекомендуется брать в пределах 1…2. Если оно выйдет за эти пределы, то необходимо выбрать другой тип пластин.
4.7. Определяем число витков w
и толщину провода в 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
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.
|