Івх = Uвх/R1; I0 = Uвих/R0 . (8)

Так як Rвх+=Rвх-= ∞; Івх = -I0→ Uвх/R1 = - Uвих/R0. (9)

Знайдемо вихідну напругу перетворювача струм-напруга:

Uвих = ІRз.з. (10)

Так як Rз.з.= Rвх · (І + 1) = 15 · (10-3 + 1) = 15.015 (Ом);

Uвих = 10-3 · 15.015 = 15.015 · 10-3 В.

Коефіцієнт підсилення К = 15 / 15.015·10-3 = 1100.

Інвертуючий підсилювач виконано на основі ОП, саме тому необхідно провести вибір ОП. Таким чином для операційного підсилювача:

, (11)

,

.

Виберемо ОП К140Д1Б.

Основні параметри:

нА- вхідний струм;

В - максимальна вихідна напруга;

МГц- гранична частота.

Діапазон робочих температур дорівнює (30-60)С.

2.4 Попередній розрахунок підсилювача потужності

В якості підсилювача потужності використаємо підсилювальний каскад такий, як комплементарний емітерний повторювач (див.рисунок 4).

Розрахуємо потужність на виході даного каскаду.

Початкові дані:

20В, Rн = 15 Ом

Іmax =, (12)

Іmax = .

Розрахуємо максимальну вихідну потужність:

Рmax=Umax · Imax; (13)

Рmax = 20 · 1.3 = 26 (Вт).

Оскільки використовуємо комплементарне включення то потужність на виході одного транзистора зменшується у двічі. Таким чином для транзистора:

Рmax=Umax Imax/ 2, (14)

Рmax = 13 (Вт).

За даними оберемо транзистор KT816А типу PNP, та КТ817А типу NPN.

Основні параметри транзистора KT816А типу PNP наведені в таблиці 1

Таблиця 1 – Параметри транзистора KT816А

Основні параметри транзистора KT817A наведені в таблиці 2.

Таблиця 2 – Параметри транзистора KT817A

2.5 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:

 (15)

Оскільки частота вихідного сигналу 10 МГц, то гранична частота транзистора .

Оскільки підсилення виконує ПП по потужності, то максимальна потужність що розсіюється на колекторі транзистора не повинна бути меншою за Рк

Оскільки Кпр=25

то Рвх= ; (16)

Рвх=  

Ікмах =

За розрахованими параметрами підберемо транзистор типу КТ830А з параметрами:

= 30 В,

= 2 А,

= 5 Вт.

2.6 Розробка детальної структурної схеми

Детальна структурна схема перетворювача наведена на рисунку 5.

Рисунок 5 – Детальна структурна схема

ПП – первинний перетворювач, призначений для перетворення струму у напругу. Схема віднімання основана на ОП К140Д1Б. Межі вихідної напруги 0...5,7В.

ПП – підсилювач потужності, використовується для забезпечення потужності на навантаженні. Оснований на БТ КТ816А і КТ817А.

ПН – підсилювач напруги, призначений для підсилення величини вихідного сигналу по напрузі до 20В. Таким чином на виході даного каскаду отримуємо напругу 0...20В. Оснований на транзисторі КТ830А

Закінчивши попередню розробку структурної схеми, маємо схему, розбиту на декілька каскадів, внаслідок чого, для кожного з каскадів зроб-лений попередній розрахунок. Тобто визначені динамічні діапазони, коефі-цієнти підсилення, максимальні значення струмів, напруг, потужностей, вибрані згідно розрахункам операційні підсилювачі, транзистори.

Принцип роботи перетворювача заключається у наступному. Генератор імпульсів виробляє сигнал, що подається на вхід ОП, після його перетворення він потрапляє на каскад підсилення потужності, а згодом і в каскад підсилення напруги. Так як з ОП напруга виходить досить малою то виникає необхідність її підсилення по напрузі та стабілізації та підсилення по потужності, саме тому у схемі і використовуємо підсилювачі напруги та потужності що побудовані на транзисторах.

3. Електричні розрахунки

3.1 Електричний розрахунок підсилювача потужності

Електричний розрахунок виконуємо за допомогою електричної принципової схеми , яка зображена на рисунку 6.

Рисунок 6 – Схема електрична принципова підсилювача потужності (ПП)

Вхідні дані:

Транзистори КТ816А і КТ817А:

= 25 Вт,

= 3 А,

= 25 В,

Uмах = 20 В,

Рвх= 3,7 Вт,

Рвих= 13 Вт.

Оберемо напругу живлення

Задаємося .

З вихідних характеристик транзисторів:

 ,  при .

З вхідних характеристик:

 при  та .

Задамося ,

,

 тому  ,

.

Проведемо розрахунок опорів вхідного подільника R7 R8

 (17)  (18)

Розрахуємо вхідний опір цього каскаду:

 (19)

Ом – додатковий опір.

3.2 Електричний розрахунок підсилювача напруги

На рисунку 7 зображена схема електрична принципова підсилювача напруги (ПН).

Рисунок 7 - Схема електрична принципова підсилювача напруги (ПН)

Вхідні дані:

Транзистор КТ830А:

= 30 В,

= 2 А,

= 5 Вт.

Оберемо напругу живлення

.

Задаємося .

Обираємо з вихідної характеристики транзистора:

  при .

З вхідних характеристик:

 при .

Задамося .

Розрахуємо R10 :

 (20)

Розрахуємо R11 :

.

 (21)

 тому  .

.

Проведемо розрахунок опорів вхідного подільника R12 R13 .

 (22)

 (23)

Розрахуємо вхідний опір цього каскаду:

 (24)

Проведемо розрахунок конденсаторів.

 - блокувальний конденсатор.

 ; (25)

; (26)

 (27)

4.  Моделювання одного з вузлів

Проведемо моделювання одного з вузлів перетворювача з метою впевнитись у його працездатності. Проведемо моделювання підсилювача напруги (рисунок 8). Підставимо всі обрані вище номінали. На вхід підсилювача подаємо імпульси прямокутної форми (рисунок 9) . Напруга вхідного сигналу складає 5 В.

Рисунок 8 – Підсилювач напруги

Рисунок 9 – Амплітуда вихідної напруги при І = 1 А

Висновки

В даному курсовому проекті розроблено перетворювач струму в межах від 0,1 до 1000 мА у напругу до 20 В.

Проведено аналіз існуючи методів вимірювання струму.

Розроблено структурну схему перетворювача та попередній розрахунок первинного перетворювача і підсилювача потужності.

Розроблено схему електричну принципову перетворювача струм-напруга. Виконані необхідні електричні розрахунки

Виконано моделювання одного з вузлів перетворювача.

Література

1. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы.- М.: Радио и связь., 1987.-352 с.

2. Справочник по цифровой схемотехнике / В.И.Зубчук, В.П.Сигорский, А.Н.Шкуро – К.: Техніка, 1990. – 448 с.

3. Резисторы (справочник) // Под ред. И.И.Четверткова. - М: Энергоиздат, 1981. - 182 с.

4. Достал И. Операционные усилители. - М.: Мир, 1982. - 210 с.

5. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов. – M.: Радио и связь, 1986. - 512 с.

6. Зевеке Г.В., Ионкин П.А, Нетрушин А.В., Страхов С.В. Основы теории цепей: Учебник для вузов. – M.: Энергоатомиздат, 1989. - 528 с.

7. Малинівський С.М. Загальна електротехніка: Підручник. – Львів: Видавництво “Бескид Біт”, 2003. - 640 с.

Додаток A (обов’язковий) Схема електрична принципова

Додаток Б (обов’язковий) Перелік елементів

Страницы: 1, 2