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.

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.

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 р R1 = 10KОм, [1, стр.184]
, [1,стр. 185.]
.

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.

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.

Стабилизатор напряжения на транзисторе

Ток нагрузки одного плеча стабилизатора равняется сумме токов потребления ОУ и тока нагрузки на выходе ОУ; 5 + 5 = 10мА.
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.

,
,
, где Iст – ток стабилизации стабилитрона.
Ток, протекающий через R1, R2, , берём U0 = 17В,

Выпрямитель

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].

Выбираем диодную сборку КДС523Г [2], её параметры , , .

Расчет трансформатора выпрямителя.

Сопротивление трансформатора. Ом 1 [3].
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 Ч QО = 1,6PГ для провода марки ПЭЛ;
QC Ч QО = 2PГ для провода марки ПЭШО;
QC Ч QО = 2,4PГ для провода марки ПШД.
Выбираем провод марки ПЭЛ, при этом
QC Ч QО = 1,6PГ = 1,6 Ч 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 Ч 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 Ч с = 2,8 см2
Отношение . Его рекомендуется брать в пределах 1…2. 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].

Расчет фильтра.

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 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.

П.Хоровиц, У.Хилл, “Искусство схемотехники”, в трех томах,

Т — 1, М, “Мир”,1993г.

Серия МРБ, “Справочная книга радиолюбителя-конструктора”, под ред. Н.И. Чистякова, М, “Радио и связь”, 1990 г.
Л.Н. Бочаров, С.К. Жебряков, И.Ф. Колесников,

“Расчет электронных устройств на транзисторах”,
М, “Энергия”, 1978 г.

Новокузнецк 1998 г.