2.6 Попередній розрахунок підсилювача напруги
У якості підсилювача напруги використаємо підсилювальний каскад за схемою зі спільним емітером на основі біполярного транзистора.
Розрахуємо коефіцієнт підсилення за напругою:
(19)
Це є досить велике підсилення і тому проведемо попереднє підсилення у 100 разів за допомогою підсилювача на ОП.
Проведемо вибір ОП.
Оскільки підсилення виконуємо до величини 7,8В, то
Виберемо ОП К574УД2Б
Основні параметри:
нА вхідний струм
В максимальна вихідна напруга
Ом вихідний опір
МГц гранична частота
Діапазон робочих температур=(45-70)С
Оскільки частота вихідного сигналу 100 кГц, то гранична частота транзистора .
Оскільки підсилення, що виконує ПП по потужності КU p min=25дб=300, то максимальна потужність що розсіюється на колекторі транзистора не повинна бути меншою за Рк
Оскільки
Кпр=25дб=300,
то Рвх= ; (20)
Рвх=
Рк=РПП (21)
Рк =300мВт.
Ікмах =
КТ3107А – =45В
=100мА
=300мВт
=12Пф
2.7 Розробка детальної структури схеми
Рисунок 8 – Детальна структурна схема
На рисунку 8 – детальна структурна схема, в якій:
АМВ – автоколивальний мультивібратор, використовується для того, щоб сформувати імпульси з напругою 5В та частотою 100кГц. Оснований на К547УД1- живленні моста.
ПП – первинний перетворювач, призначений для перетворення індуктивності у напругу. Схема віднімання основана на ОП К547УД1. Межі вихідної напруги 0...78мВ.
ПН – підсилювач напруги, призначений для підсилення величини вихідного сигналу по напрузі до 30В. Таким чином на виході даного каскаду отримуємо напругу 0...30В. Оскільки у процесі розрахунків було розраховано, що коефіцієнт підсилення даного каскаду є досить високим, то було прийняте рішення додати каскад підсилення напруг на ОП, який би здійснював попереднє підсилення вихідного сигналу у 10 разів і розмістити його перед каскадом на БТ. У якості ОП використано ОП К574УД2Б Підсилювач на БТ оснований на БТ КТ3107А.
ПП – підсилювач потужності, використовується для забезпечення потужності на навантаженні. Оснований на БТ 2Т818Б, 2Т817Б.
Закінчивши попередню розробку структурної схеми, маємо схему, розбиту на декілька каскадів, внаслідок чого, для кожного з каскадів зроблений попередній розрахунок. Тобто визначені динамічні діапазони, коефіцієнти підсилення, максимальні значення струмів, напруг, потужностей, вибрані згідно розрахункам операційні підсилювачі, транзистори.
Принцип роботи перетворювача заключається у наступному. АМВ проводить генерацію імпульсів з напругою 5В та частотою 100кГц. Згенеровані імпульси потрапляють на міст, який зрівноважений для максимального значення індуктивності і у такому стані на виході підсилювача отримуємо напругу таку маленьку, що умовно визначаємо її як нульову. Коли змінна індуктивність змінює своє значення міс виходить з рівноваги у на виході перетворювача отримуємо напругу, що є різницею напруг на різних вузлах моста. Дана напруга є досить низькою і виникає необхідність її підсилення по напрузі та стабілізації та підсилення по потужності, саме тому у схемі і використовуємо підсилювачі напруги та потужності.
3 Електричні розрахунки
3.1 Електричний розрахунок підсилювача потужності
Електричний розрахунок виконуємо за допомогою електричної принципової схеми , яка зображена на рисунку 9.
Рисунок 9 – Схема ПП електрична принципова
Вхідні дані:
Транзистори 2Т818Б, 2Т817Б.
=100Вт
=15А
=60В
Uмах =30 В
Рвх=300мВт
Рвих=180Вт
Оберемо напругу живлення
Задаємося
З вихідних характеристик транзисторів:
при
З вхідних характеристик:
при та
Задамося
тому
Проведемо розрахунок опорів вхідного подільника R18 R16
(22)
(23)
Оберемо стандартні опори:
R18 С2-23-36Ом, Р=0,125Вт, 1%
R16 С2-23-36Ом, Р=0,125Вт, 1%
(24)
R17 С2-23-7,2Ом, Р=0,125Вт, 1%
R17 має невелике значення і переважно при змінному струмі вважають бази обох транзисторів з’єднаними.
Розрахуємо вхідний опір цього каскаду:
(25)
Ом – додатковий опір.
R19 С2-23-100Ом, Р=0,125Вт, 1%
3.2 Розрахунок підсилювача напруги
На рисунку 10 зображена схема ПН електрична принципова.
Рисунок 10 – Схема ПН електрична принципова
Транзистор КТ3107А
=45В
Задаємося .
Обираємо з вихідної характеристики транзистора:
Розрахуємо R14 :
(26)
R14 С2-23-3,6кОм, Р=0,125Вт, 1%
Розрахуємо R15 :
(27)
R15 С2-23-220Ом, Р=0,125Вт, 1%
Проведемо розрахунок опорів вхідного подільника R12 R13
(28)
(29)
R12 С2-23-3,6кОм, Р=0,125Вт, 1%
R13 С2-23-36кОм, Р=0,125Вт, 1%
(30)
Проведемо розрахунок конденсаторів.
- розділові конденсатори.
- блокувальний конденсатор.
; (31)
; (32)
(33)
К21-7-2мкФ ,10%
Аналогічно розрахуємо
(34)
КМ6М47-220нФ ,20%
3.3 Розрахунок підсилювача на ОП
На рисунку 11 зображена схема ПН на ОП електрична принципова.
Рисунок 11 – Схема ПН на ОП електрична принципова
З попередніх розрахунків відомо, що
Для використовуваного підсилювача:
(35)
Задамося R11 100кОм
R10=кОм
R10 С2-23-100кОм, Р=0,125Вт, 1%
R11 СП-3-13-2кОм, Р=0,125Вт, 1%
3.4 Електричний розрахунок первинного перетворювача
Проведемо розрахунок первинного перетворювача за допомогою схеми електричної принципової первинного перетворювача (рисунок 12) .
Рисунок 12 – Схема первинного перетворювача електрична принципова
Проведемо розрахунок опорів суматора, тобто ОП з диференційним входом. Такий суматор повинен виконує віднімання напруг на виході мостової схеми. Саме тому для нього вірні наступні вимоги:
R7 = R8 та R6 = R9.
Таким чином задамося опорами так:
R7 = R8 =1кОм
R6 = R9 = 1кОм.
R6 С2-23-1кОм, Р=0,125Вт, 1%
R7 С2-23-1кОм, Р=0,125Вт, 1%
R8 С2-23-1кОм, Р=0,125Вт, 1%
R9 С2-23-1кОм, Р=0,125Вт, 1%
З попередніх розрахунків відомо:
L1 =1мкГн...1мГн.
L2 =1мГн.
Оскільки для зрівноваженого моста R4 = R5 .
Таким чином задавшись R4 = R5 =1кОм проведено вибір усіх елементів
схеми.
R4 С2-23-1кОм, Р=0,125Вт, 1%
R5 С2-23-1кОм, Р=0,125Вт, 1%
L2 LP183-1мГн
L1 LPТ220-1мкГн-1мГн
3.5 Електричний розрахунок перетворювача
На рисунку 13 зображена схема АМВ електрична принципова.
Рисунок 13 – Схема АМВ електрична принципова
Розрахуємо опір.
Вхідні данні:
Частота модуляції fmax= 100кГц
Umax=5В
Визначимо напругу живлення за заданою амплітудою вихідних імпульсів:
=(1,2…1,4)=6…7В.
Оберемо =12В.
Оскільки частота f= 100кГц, задавшись ємністю конденсатора С1=1000пФ розрахуємо значення резистора R1:
(36)
R1 С2-23-8,2 кОм, Р=0,125Вт,
А також конденсатор:
С1 КМ6М47-1000пФ ,20%
Проведемо розрахунок опорів R2 R3 :
Оскільки на виході операційного підсилювача необхідно забезпечити рівень напруги 5 В, то коефіцієнт підсилення , а отже R2=R3, то задамося:
R3 С2-23-1кОм, Р=0,125Вт, 1%
R2 С2-23-1кОм, Р=0,125Вт, 1%
3.6 Визначення похибки
Основна неточність може виникнути в зв’язку з неідеальністю ОП.
Оскільки , , .
Ом, Ом.
R11=100кОм R10=1,01кОм
Реальний коефіцієнт підсилення реального ОП можна визначити за формулою:
(37)
Визначимо похибку:
. (38)
Значення реальної похибки 0,3%, що не перевищує значену допустиму похибку 1%. Отже, можна зробити висновок, що розрахунок зроблений з задовільною точністю.
4 Моделювання одного з вузлів
Проведемо моделювання одного з вузлів перетворювача з метою впевнитись у його працездатності. Проведемо моделювання підсилювача напруги (рисунок 14). Підставимо всі обрані вище номінали. На вхід підсилювача подаємо імпульси прямокутної форми (рисунок 15) . Напруга вхідного сигналу складає 1мВ.
Рисунок 14 – Підсилювач напруги
Рисунок 15 – Амплітуда вихідної напруги при К=100
Висновки
В курсовому проекті докладно були описані головна мета, основне призначення та області застосування перетворювача індуктивність-напруга. Також була розглянута поетапна розробка та розрахунок кожного з елементів схеми, приведені структурні схеми окремих каскадів, моделювання одного з вузлів та визначено значення похибки.
Нещодавно конструктори відносилися з упередженням до індуктивних датчиків, вважаючи, що схеми з індуктивними датчиками не забезпечують ні достатньої точності, ні стабільності роботи приладів. Вважалося обов'язковим для одержання стійкого сигналу на виході індуктивного датчика подавати на нього напругою високої частоти, що досягає сотень кілогерц, а іноді навіть десятків мегагерц. Наявність такої високої частоти у свою чергу приводило до втрат у паразитних індуктивностях, сполучних проводах і т.п. Для того щоб підвищити амплітуду сигналу, що знімається з індуктивного датчика, і поліпшити стабільність показань, деякі автори розробок застосовували в першому каскаді підсилювача електрометричні лампи, що допускають включення сотень мегом у ланцюг керуючої сітки і т.д., однак усі ці міри мало поліпшували стабільність систем з індуктивними датчиками й у той же час значно ускладнювали конструкцію приладів.
Проведені в даний час роботи показали, що причина нестабільності роботи систем з індуктивними датчиками лежить у неправильному підході конструкторів до проектування датчиків, зокрема, у неправильному розташуванні ізолюючих елементів конструкції, нестабільність властивостей яких і приводить до помилок у роботі систем. Ці труднощі виявилися переборними, і вже створені прилади з індуктивними датчиками, що забезпечують високі точності і стабільність роботи, що витримують важкі режими експлуатації. В даний час установлено, що індуктивні датчики володіють цілим колом переваг у порівнянні з іншими датчиками. До їхніх достоїнств відносяться:
- необхідність дуже малих зусиль для переміщення рухливої частини;
-мале споживання енергії;
-простота виготовлення;
-використання дешевих матеріалів;
-висока точність і стабільність роботи систем з індуктивними датчиками;
-можливість широкого регулювання приладів з деякими типами індуктивних датчиків.
До недоліків індуктивних перетворювачів варто віднести залежність точності від температури, високі вимоги до опору кріпильних ізолюючих деталей і необхідність роботи на підвищеній (у порівнянні з 50 гц) частоті. Однак у більшості випадків кріплення індуктивних датчиків можуть бути виконані і зі звичайних матеріалів, а практика показує, що індуктивні датчики дають гарні результати.
Цінні якості індуктивних перетворювачів - мала величина механічного зусилля, необхідного для переміщення його ротора, можливість регулювання виходу системи, що стежить, і висока точність роботи - роблять індуктивні перетворювачі незамінними в приладах, у яких допускаються погрішності лише в соті і навіть тисячні частки відсотка, а тому необхідно індуктивні перетворювачі розвивати й освоювати.
Страницы: 1, 2, 3
