Расчёт усилителя постоянного тока и источника питания

Министерство общего и профессионального образования РФ

Сибирский Государственный  Индустриальный Университет

РасчётноВнВнВн-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  тАУ 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 тАУ входное сопротивление, влияющее на Kу схемы.

       R2 тАУ компенсация токов смещения ОУ,

       R3 тАУ параллельная, отрицательная обратная связь по напряжению.

       C1, C2  тАУ 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 тАжтАжтАжтАжтАжтАжтАж ±15В,

           ток потребления тАжтАжтАжтАжтАжтАжтАжтАжтАжтАжтАж. не более 5мА,

           коэффициент усиления тАжтАжтАжтАжтАжтАжтАжтАжтАжтАжтАж. 50 000,

           выходное напряжение тАжтАжтАжтАжтАжтАжтАжтАж. не менее ±10В,

           рабочая частота тАжтАжтАжтАжтАжтАжтАжтАжтАжтАжтАжтАжтАжтАжтАж 1МГц.

           ток нагрузки тАжтАжтАжтАжтАжтАжтАжтАжтАжтАжтАжтАжтАж. не более 5мА,

    Все параметры соответствуют условиям задачи.

    1. Выпрямитель напряжения со стабилизатором

    Дано: ,,.

           Решение.

           Берём схему компенсационного стабилизатора напряжения, у которого Кстаб = 20тАж50, 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 = 20тАж90, Iк.max = 100мА, Uкэ = 25В, и стабилитрон КС515Г, его параметры: Iст = 10мА,

    Uст = 15 ± 0,75В.

    1. ,
    2. ,
    3. , где Iст тАУ 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).

    тАУ  средний ток, протекающий через диоды выпрямительного моста [3].

    тАУ  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 1тАж2. 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 СтАЩ1 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, тАЬИскусство схемотехникитАЭ, в трех томах,

    Т - 1, М, тАЬМиртАЭ,1993г.

    1. Серия МРБ, тАЬСправочная книга радиолюбителя-конструкторатАЭ, под ред. Н.И. Чистякова, М, тАЬРадио и связьтАЭ, 1990 г.
    2. Л.Н. Бочаров, С.К. Жебряков, И.Ф. Колесников,

    тАЬРасчет электронных устройств на транзисторахтАЭ,

    М, тАЬЭнергиятАЭ, 1978 г.

    Вместе с этим смотрят:

    Расчет характеристик канала вывода СИ
    Расчет централизованных вакуумных систем
    Расчёт элементов эмиттерно-связанной логики
    Реверсная магнитная фокусирующая система мощного многолучевого клистрона