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 , 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:

, , , .

С1
			+Uпит
С2
			-Uпит

,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 ста

билизатора 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 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

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.