ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ Усилитель постоянного тока Рисунок

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ
Усилитель постоянного тока
R3
R1
3
С1 +Uпит
С1 ,С2 – 0,047мкФ
8 DA1
7
Uвх
4
1
Uвых
5
С2 -Uпит
Рисунок 2.1 – усилитель постоянного тока
Дано: U ВХ  0,7 B , КУ  10 , I Н  5 мА , U ПИТ  14В .
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.
Kу 
R2
 10 по условию, тогда предположим
R1
R2 =100KОм  R1 = 10KОм,
R3 
R1  R2 10  100

 9,1КОм ,
R1  R2
110
U вых. max  K у  U вх. max  10  0,7  7 В .
2.1 .1 Возьмём ОУ К140УД8А, который имеет следующие характеристики:
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,
2.2 Выпрямитель напряжения со стабилизатором
Дано: U 1  220 B , U стаб  14 B , Кстаб  15 .
Решение.
Берём схему компенсационного стабилизатора напряжения, у которого Кстаб
= 20…50, что удовлетворяет условию и берём двуполупериодный выпрямитель на
диодах.
ТР
U2
U1
C0
U0
 U стаб
VT1
I0
VD1-VD4
R1
C1
I3
VD5
C’0
Iд
VD6
C’1
 U стаб
R2
VT2
Рисунок 2.2 – Схема компенсационного стабилизатора
Поскольку плечи стабилизатора идентичны, то рассчитываем одно плечо с
использованием однотипных транзисторов разной структуры.
2.3 Стабилизатор напряжения на транзисторе
2.3.1
Ток нагрузки одного плеча стабилизатора равняется сумме токов:
потребления ОУ и тока нагрузки на выходе ОУ; 5 + 5 = 10мА.
2.3.2
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.
IЭ
10 мА

 0,5 мА ,
h21Э
20
2.3.3
Iб 
2.3.4
I к  I Э  I б  10 мА  0,5 мА  9,5 мА ,
2.3.5
I 0  I к  I ст  9,5 мА  10 мА  19,5 мА , где Iст – ток стабилизации
стабилитрона.
Ток, протекающий через R1, R2, I 3  I ст  I б  10 мА  0,5 мА  10,5 мА ,
2.3.6
берём U0 = 17В,
R1  R2 
U 0  U ст 17  15

 192,31Ом  200Ом
I3
10,5
2.4 Выпрямитель
По полученным данным подбираем диоды выпрямительного моста (U0
2.4.1
= 17В, Iд = 39 мА).
I cp  0,5I д  0,5  39  19,5 мА – средний ток, протекающий через диоды
выпрямительного моста.
U обр  1,5  2  U 0  2  1,5  17  51В – обратное напряжение на диоде
выпрямительного моста.
Выбираем диодную сборку КДС523Г, её параметры: U обр  70 В ,
2.4.2
I cp  20 мА , Ri  60Ом .
2.5 Расчет трансформатора выпрямителя.
2.5.1 Сопротивление трансформатора.
830  2U 0
RТР 
I д 4 I дU 0

830  2  17
19,54 2  17  39

28220
 241 Ом .
19,5  6
2.5.2 Напряжение на вторичной обмотке трансформатора:
U 2  0,75  2U 0 
I д 2 Ri  RТР 
392  60  241
 25,5 
 26,25В .
530
530
2.5.3 Ток во вторичной обмотке трансформатора:
I 2  1,41I д 
16,6  2U 0
16,6  2  17
 1,41  39 
 54,99  1,56  56,6 мА .
2Ri  RТР
120  241
2.5.4 Ток в первичной обмотке трансформатора:
I1 
1,2U 2 I 2 1,2  26,25  56,6

 8,1мА .
U1
220
2.5.5 Вычисляем габаритную мощность трансформатора:
PГ 
1,7U 2 I 2 1,7  26,25  56,6

 2,53 В  А .
1000
1000
и находим произведение площади сечения сердечника трансформатора QC
на площадь окна сердечника QО , которое в зависимости от марки провода
обмоток равно:
QC  QО = 1,6PГ для провода марки ПЭЛ;
QC  QО = 2PГ для провода марки ПЭШО;
QC  QО = 2,4PГ для провода марки ПШД.
Выбираем провод марки ПЭЛ, при этом:
QC  QО = 1,6PГ = 1,6  2,53 = 4,05 см4.
Из таблицы 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:
QC 
QC QO   4,05  2,76см 2
QO
1,47
.
Необходимая толщина пакета пластин:
C
QC 2,76

 1,97см [3], берём 2 см, то QС = а  с = 2,8 см2
a
1,4
Отношение
c
2

 1,43 . Его рекомендуется брать в пределах 1…2. Если
a 1,4
оно выйдет за эти пределы, то необходимо выбрать другой тип пластин.
2.6 Определяем число витков w и толщину провода d первичной и вторичной
обмоток трансформатора.
w1 
48U 1 48  220

 3770вит ;
QC
2,8
w2 
54U 2 54  26,25

 506вит ;
QC
2,8
d1  0,02 I1  0,02 8,1  0,06 мм , берём 0,1 мм;
d 2  0,02 I 2  0,02 56,6  0,15 мм .
2.7 Расчет фильтра.
2.7.1 Расчет необходимого конденсаторного фильтра С0, от этой ёмкости
зависит коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения.
C0 
30 I 0 30  19,5

 34,4 мкФ , берём два конденсатора по 20мкФ,
U0
17
включенных параллельно.
2.7.2 Рабочее напряжение конденсаторов:
VC  1,2U 0  1,2  17  20,7 В берём 25В.
2.7.3 Коэффициент пульсаций на входе параметрического стабилизатора:
K п.вх 
300 I 0 300  19,5

 8,6% .
U 0 C0
17  40
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.