Расчет масштабирующего усилителя без инвертирования сигнала

5.2 Расчет масштабирующего усилителя без инвертирования сигнала

При анализе усилительных свойств схемы на операционном усилителе будем считать, что

;

так как , откуда получим

.

Также ,

из предыдущего каскада имеем U_вых = 5 мВ, а U_вх = 5 мВ, откуда

Теперь рассчитаем R₁ и R₂:

Зададимся произвольным значением R₂ при условии R₂>>R_нmin ,

Так как R_нmin = 1 кОм , откуда

С другой стороны

>>I₀

, >>10³ I₀

Пусть I₀ = 0,001 мкА, тогда >> 1 мкА, следовательно, =10 мкА

,

R₂<< R_вх, R_вх= 1МОм

, так как к₀→∞, то

6. Разработка и расчет блока питания

Блок источника питания необходим для преобразования переменного напряжения сети (~220 В, 50 Гц) в постоянное напряжение, необходимое для питания всех узлов проектируемого устройства. Схема выпрямителя напряжения представлена на Рисунке 20.

Рисунок 20 - Схема выпрямителя напряжения

Максимально необходимое постоянное напряжение равно напряжению питания усилителя мощности Е_ум=21 В, а так как питание двухполярное, то напряжение на выходе источника питания должно быть U_м=42 В. Другим необходимым параметром для расчета является отдаваемая в устройство мощность. Она равна сумме мощностей, потребляемых каждым отдельным узлом устройства - . Но, так как микросхемы потребляют незначительную мощность (все микросхемы не более Р_м=1Вт), то потребляемая мощность в основном определяется мощностью, отдаваемой в нагрузку Р_н и мощностями, рассеиваемыми на коллекторах транзисторов в УМ. Мощность, рассеиваемая на резисторах, также невелика (не более P_R£4Вт). По исходным данным в качестве трансформатора выбираем трансформатор питания устройств на полупроводниковых приборах ТПП267-127/220-50 (ШЛМ 25х25). Отдаваемая мощность этим трансформатором 57Вт, что значительно больше требуемой. Это необходимо для предотвращения перегорания трансформатора, так как при включении питания мощность достигает пиковых значений, превышающих номинальное. Структура выбранного трансформатора представлена на Рисунке 21. Основные параметры трансформатора ТПП267-127/220-50 представлены в таблице 1.

Рисунок 21 - Структура трансформатора ТПП267-127/220-50.

Таблица 1. Основные параметры трансформатора ТПП267-127/220-50

Рном, Вт	Ток первичной обмотки, А	Напряжение обмоток, В			Ток вторичных обмоток, А
		11-12, 13-14	15-16, 17-18	19-20, 21-22
57	0.615/0.36	5	4.97	1.31	2.52

Для подключения трансформатора к сети ~220В необходимо соединить выводы первичной обмотки 3 и 7, 1 и 6, а напряжение подавать на выводы 2 и 9. На выходе трансформатора должно быть напряжение, действующее значение которого 1.11U_ср=1.11*40=44.4В, т.к. диодный мост будет выделять постоянную составляющую напряжения, т.е. U_ср. Для получения постоянного напряжения на выходе трансформатора соединим последовательно все вторичные обмотки. Соединим выводы 12 и 15, 16 и 19, 20 и 13, 14 и 17, 18 и 21. Обмотки коммутируются подобным образом для того, чтобы можно было вывести среднюю точку (выводы 13 и 20). Выходное напряжение снимается с выводов 11 и 22. После трансформатора ставится диодный мост. В качестве диодов VD1-VD4 выбираем диоды 2Д220А, параметры которых I_{пр max}=6А, U_{обр max}=400 В, U_пр=1 В. на выходе диодного моста для сглаживания пульсаций поставим емкость. Для обеспечения коэффициента пульсаций К_п=0.05 необходима емкость С»600 мкФ. В качестве этой емкости выберем 3 параллельно соединенных алюминиевых оксидно-электрических конденсатора К50-20-100В-220мкФ.

На выходе получаем постоянное напряжение U_п1=±21±1В. от этого напряжения будет питаться усилительный каскад. Для питания остальных узлов устройства необходимы напряжения U_п2=±10 В и U_п3=±5 В. Для этого подключим к U_п1=±21В каскад, изображенный на Рисунке 22.

Рисунок 22 - Цепь питания маломощных устройств.

Рассчитаем цепь питания, изображенную на Рисунке 22. Выберем стабилитроны VC1 и VC2 – 2С215Ж с напряжением стабилизации 15 В и током стабилизации 4.7мА, VC3 и VC4 – 2С147Г с напряжением стабилизации 5 мА.

Сопротивления R3 и R4 выбираем из условия

.

Тогда можно найти емкость С2:

.

Выбираем конденсатор К50-6-16В-50 мкФ±5%.

Сопротивления R1 и R2 выбираем из условия:

.

Тогда можно найти емкость C1:

.

Выбираем конденсатор К50-6-16В-50 мкФ±5%.

 

7. Разработка и описание печатной платы

 

Основная цель конструирования – создание коммутационного устройства для объединения всех элементов в функциональную схему с обеспечением требуемых технических и электрических параметров в заданном диапазоне характеристик при минимальных затратах.

Для этого необходимо выбрать тип печатной платы, определить класс точности, установить конфигурацию и габаритные размеры.

При конструировании печатных плат необходимо особое внимание обращать на выбор материала платы. Для печатных плат, эксплуатируемых при малых механических нагрузках, рекомендуется использовать гетинакс, при больших – стеклотексолит.

Габаритные размеры, конфигурацию и место крепления печатной платы выбирают в зависимости от того, где эти платы будут использоваться. В нашем случае будем разрабатывать печатные платы простой прямоугольной формы.

Размещение элементов конструкции печатных плат рекомендуется условной координатной сеткой.

Для удобства расположим каждый отдельный узел на отдельной печатной плате: УМ на одной плате, источник питания на другой.

Заключение

 

В данной работе спроектирован бестрансформаторный низкочастотный усилитель мощности, соответствующий заданным параметрам.

В ходе работы разработана принципиальная электрическая схема этого усилителя, с указанием причин выбора именно такой конфигурации. По каждому из каскадов отдельно также дается краткое описание.

В данной работе представлен расчет каждого из каскадов усилителя и преведены используемые в процессе расчета характеристики.

Также приведен расчет нелинейных искажений, создаваемых оконечным каскадом, работающим в режиме класса АВ. Нелинейные искажения предварительных каскадов очень малы, поэтому при расчете общего коэффициента нелинейных искажений не учитывается.

К данному курсовому проекту прилагается чертеж, выполненный на бумаге формата А1 и представляет собой принципиальную электрическую схему спроектированного усилителя, вид разработанной печатной платы со стороны проводящего рисунка и крепление элементов на печатной плате.

Список использованной литературы

 

1.  Полупроводниковые приборы: диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы. Справочник. Под общ. ред. Н.Н.Горюнова. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 744с.

2.  Интегральные микросхемы. Справочник. Под ред. Б.В. Тарабрина. - М.: Радио и связь, 1983г -528с.

3.  Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам. Под общ. ред. Н.Н.Горюнова. - М.: Энергия, 1976г -744с.

4.  Транзисторы для аппаратуры широкого применения. Справочник. Под ред. Б.Л.Перельмана. - М.: Радио и связь, 1981г -656с.

5.  Лукашенков А.В. Электронные устройства автоматики и телемеханики. Лабораторная работа №16. Расчет и исследование бестрансформаторных усилителей мощности. Методические указания. - Тула.: ТулПИ, 1988г -32с.

6.  Воробьев Н.И. Проектирование электронных устройств. - М.: Высшая школа, 1989г -223с.

7.  Александров К.К, Кузьмина Е.Г. Электротехнические чертежи и схемы. - М.: Энергоатомиздат, 1990г-228с.