Регулятор уровня

2.2 Регулятор уровня

Регулятор уровня необходим, чтобы обеспечить заданный в техническом задании диапазон регулирования выходной величины, равный -40% от максимального значения. Выберем схему регулятора уровня, представленную на рис.4.

Рис. 4

Сопротивления резисторов R4 и R5 находятся в следующей зависимости:

. (2.8)

Из этого выражения находим R4 = 40 кОм, R5 = 60 кОм. Величина разделительной емкости C3 и резистора R6 находится из передаточной функции, которую они образуют:

. (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

Принципиальная схема изображена на рис.5

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 t_п=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 Р_R13 = P_R10 = 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 R_8.

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: ,.