. (2.9)
Таком образом минимальная частота должна быть меньше или равна .
, (2.10)
Отсюда R6=200 кОм C3=1,5 мкФ. Коэффициент передачи регулятора уровня на заданном интервале частот равен единице.
3. Предварительный усилитель и усилитель мощности
Рис.5
Схема состоит из предварительного усилителя, построенного на операционном усилителе, и оконечного каскада, являющегося усилителем мощности, охваченных цепью общей отрицательной обратной связи (ЦООС).
Напряжение на входе ПУ
(3.1)
Коэффициент усиления схемы по напряжению равен:
(3.2)
Распределим его следующим образом:
Пусть коэффициент усиления ПУ по напряжению равен:
;
коэффициент усиления УМ по напряжению равен
.
Сначала рассчитаем усилитель мощности.
УМ построен на транзисторах VT1-VT4,резисторах R6-R11 и диодах VD1, VD2.
(3.9)
,где-остаточное напряжение на транзисторе.
Выбор транзисторов VT2, VT4.
(3.10)
- максимальный ток коллектора;
(3.11)
– максимальный ток нагрузки;
– среднее значение тока нагрузки;
- максимальная мощность;
(3.12)
- максимальное напряжение коллектор - эмиттер.
В соответствии с рассчитанными параметрами выберем пару транзисторов КТ825В(p-n-p) и КТ824В(n-p-n).
Параметры транзисторов:
максимальное напряжение коллектор - эмиттер: 65 (В);
статический коэффициент передачи тока: ;
максимальная рассеиваемая мощность: ;
максимальный ток коллектора: ;
рабочие напряжение транзистора: ;
напряжение открывания транзистора: ;
ток утечки: ;
температура перехода tп=175 0С;
Так данные транзисторы являются мощными, то при работе в схеме они очень сильно нагреваются и могут сгореть от перегрева. Для нормальной работы этих элементов требуется устанавливать их на радиаторы. Рассчитаем площадь теплоотвода для данных транзисторов.
Подставив данные получим: S>7.5 см2, примем S=9 см2.
Произведем выбор резисторов R9 и R8 (на общей схеме – R10 и R13, соответственно) используя условия протекания тока утечки через резистор R6:
>
< ,
(3.13)
- рабочий ток базы транзисторов.
Тогда сопротивление R13 найдем по формуле:
(3.14).
. R10 = R13 =900 (Ом).
Выберем сопротивления R13 и R10 из ряда Е24: R13 = R10 = 910(Ом.).
(3.15)
- мощность рассеиваемая на этих резисторах,
выберем РR13 = PR10 = 0.125 (Вт).
Выбор транзисторов VT1,VT3.
(3.16)
Максимальный ток через транзистор VT1 равен:
(3.17)
Максимальное напряжение на транзисторе VT1 равно:
(3.18)
Мощность, рассеиваемая на транзисторе равна:
Выберем пару комплиментарных транзисторов КТ820Б(p-n-p) и КТ821Б(n-p-n). Параметры транзисторов:
напряжение коллектор эмиттер: ;
статический коэффициент передачи: ;
максимальная рассеваемая мощность: ;
максимальный ток коллектора: .
температура перехода t=125 0C.
Данные транзисторы также относятся к классу мощных и для них требуются теплоотводы. Рассчитаем площадь радиаторов аналогично предыдущему случаю и получим: S>138 см2, отсюда S=150 см2.
Выбор диодов VD1 и VD2.
Выбор диодов производится по среднему прямому току и среднему обратному напряжению на диоде .
Рассчитаем ток диода:
(3.19)
По выходной характеристике для транзистора VT1 задавшись током , найдем напряжение , получим =0.35(В). Тогда напряжение на диоде равно . Выберем диоды МД3:
среднее обратное напряжение диода: ;
средний прямой ток: .
Выбор резисторов R6, R7 ( на общей схеме – R9 и R12).
(3.20)
- ток через резистор R8.
тогда
(3.21)
тогда , причем , возьмем их из ряда Е-24.
(3.22)
- мощность, рассеиваемая на резисторах,
выберем .
Выбор резисторов R10,R11( на общей схеме – R14 и R11)
Выбор произведем из условий:
и (3.23)
получаем: и
. (3.24)
тогда:,.
Выберем сопротивления R14,R11 из ряда Е24: R14=180 (Ом), R11=680 (Ом).
Найдем мощность рассеиваемую на резисторах:
, (3.25)
, .
выберем: ,.
4. Выбор обратной связи и ОУ для ВУ и ПУ
По условию технического задания необходимо обеспечить величину коэффициента нелинейных искажений УМ в соответствии с техническим заданием . Определим величину глубины ООС по формуле:
. (3.26)
– коэффициент нелинейных искажений УМ без ООС. При расчете примем =10%, тогда А=50,5. Коэффициент усиления ОУ предварительного каскада УМ без ООС равен:
. (3.27)
Частота среза ОУ для предварительного усилителя не должна быть меньше величины:
. (3.28)
- минимальная частота среза ОУ для ПУ.
Скорость нарастания выходного напряжения ОУ должна удовлетворять величине выходного сигнала на верхней граничной частоте:
(3.29)
следовательно:.
Выберем операционный усилитель 140УД26А.
Параметры операционного усилителя:
коэффициент усиления:;
напряжение смещения: 0.03 (мВ);
входной ток: 40 (нА);
напряжение питания: 15В;
ток потребления: 4.7 (мА);
максимальное выходное напряжение: 13.5 (В);
максимальный выходной ток: 10 (мА);
скорость нарастания выходного сигнала: 11;
входное сопротивление: 10 (МОм);
выходное сопротивление: 200 (Ом).
Глубина ООС равна:
(3.30)
подставив значения, получим:
коэффициент нелинейных искажений:
Сопротивление R5 (общей схеме – R8) возьмем равным R6: (ряд Е-24).
Найдем R4 ( на общей схеме R7):
, откуда
, тогда:
(ряд Е-24).
Все сопротивления мощностью 0.125.
Рассчитаем емкость C2 ( на общей схеме С4) исходя из граничной частоты полосы пропускания, равной 5 (Гц):
(3.31)
(ряд Е-12).
5. Источник питания
Общая схема источника питания изображена на рис.6.
Рис.6.
Источник питания состоит из понижающего трансформатора, диодного моста, выполненного на диодах (VD1-VD4),двух конденсаторов и двух стабилизаторов напряжения.
Выбор конденсаторов.
Так как U=32 (В), то берем конденсатор, рассчитанный на 50 (В).
Напряжение пульсаций составляет 5% от U: 2U~п=0.05*50=2.5 (В).
(3.32)
- ёмкость конденсатора.
Выбираем емкость С=3300(мкФ), тогда
Выбираем конденсатор К50-33.
Выбор трансформатора.
(3.33)
-минимальное напряжение во вторичной обмотке.
(3.34)
- номинальное напряжение во вторичной обмотке.
(3.35)
- максимальное напряжение во вторичной обмотке.
напряжение вторичной обмотки:
ток вторичной обмотки:
мощность вторичной обмотки:
По полученным данным выберем трансформатор ТПП297:
тип и размеры сердечника: ПЛМ 20х32х58 (мм);
мощность: 110 (Вт);
ток первичной обмотки: 1.08/0.620(А);
ток вторичной обмотки: 1.53 (А);
напряжение вторичной обмотки: 9.93 (В);
напряжение вторичной обмотки: 20 (В);
напряжение вторичной обмотки: 5.05 (В);
Выбор диодов.
Используем мостовую схему соединения диодов, она изображена рис.7:
(3.36)
- обратное напряжение на диодах;
Выберем диоды Д229Ж:
максимальное обратное напряжение: 100В;
максимальный прямой ток: 0.7А.
Выбор стабилизатора напряжения.
Выберем в качестве стабилизатора напряжения микросхему КР142ЕН.
КР142ЕН12 – регулируемый трехвыводный стабилизатор положительного напряжения, позволяющий питать устройства током до 1,5 А в диапазоне от 1,2 до 37 В. Этот стабилизатор имеет полную защиту от перегрузок, включающую внутрисхемное ограничение по току, защиту от перегрева и защиту выходного транзистора.
Параметры микросхемы:
выходное напряжение: 2-37 (В);
выходной ток: 0,5 (А),
теплосопротивление R=4 0С/Вт;
мощность рассеивания 20 Вт.
Схема включения микросхемы для положительного выходного напряжения изображена на рис.8:
Рис.8.
Рассчитаем параметры схемы включения стабилизатора.
По умолчанию данная схема имеет следующие параметры:
R1=120 Ом;
Cin = 0.33 мФ;
Cout=0.1 мФ.
Сопротивление R2 определяется в зависимости от того, какое напряжение нужно получить на выходе. Как было выведено ранее Ек=32 В. Значит, чтобы на выходе получить 32 В, необходимо выбрать сопротивление R2 по формуле:
,согласно ряда Е24.
В результате этого на выходе стабилизатора получим 32 В.
Для стабильной работы данной микросхемы требуется теплоотвод. Аналогично, как и для транзисторов рассчитаем его: S>373 см2, примем S=400 см2.
Но для питания схемы требуется два напряжения +32 В и –32 В. Для организации отрицательного напряжения воспользуемся аналогичной микросхемой КР142ЕН18. Схема подключения данного стабилизатора такая же, как для микросхемы КР142ЕН12, с теми же номиналами.
6. Питание операционных усилителей
Рис.9.
Так как питание операционных усилителей равно 15 (В), то выберем стабилитрон КС515А:
ток стабилизации номинальный: 5 (мА);
напряжение стабилизации при: 13.5…15*…16.5 (В).
Найдем сопротивление: ,
(3.38)
,
рассеиваемая мощность: (3.39)
рассеиваемая мощность: .
Выберем сопротивления из ряда Е24: номинал 1.8 кОм, рассеваемая мощность 0.5 (Вт).
7. Заключение
В результате выполнения данного курсового проекта, на практике освоили и закрепили теоретический материал по курсу электроники. На практики освоили расчет и выбор элементов схемы, разработанной в данной работе. В ходе поиска и подбора элементов усвоили новые тонкости некоторых понятий и приборов. Результатом полученных знаний является данный курсовой проект. С помощью вспомогательных программ увидели работу модели данной схемы и получили распечатку элементов, так как они должны выглядеть на печатной плате.
8. Список литературы
1. Алексенко А.Г., Коломбет Е.А, Стародуб Г.И. Применение прецизионных аналоговых ИС. - М.: Радио и связь, 1981.
2. Транзисторы для аппаратуры широкого применения / под ред. Перельмана Б.Л.-М.: Радио и связь, 1981.
3. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. - Л.: Этергоатомиздат. Ленинградское отделение, 1988.
4. Кизлюк А.И. Справочник по устройству и ремонту телефонных аппаратов зарубежного и отечественного производства. - М.: Антелком, 1998.
5. "Радио" № 12, 94
6. "Радио" № 9, 93
7. "Радио" №4, 90
8. Китаев В.Е., Бокуняев А.А. Расчет источников электропитания устройств связи. - М.: Связь, 1979.
9. Забродин Ю.С. Промышленная электроника. - М.: Высшая школа,1982.
10. Акимов Н.Н., Ващуков Е.П., Прохроненко В.А, Ходоренко А.А. Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА. Справочник . Минск Беларусь,1994.
11. Резисторы ( справочник) / под ред. Четверкова И.И. - М.: Энергоатомиздат,1981.
Страницы: 1, 2
