Размещено на http://www.allbest.ru/

20

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ДВНЗ

УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ХІМІКО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Кафедра АВП

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

З дисципліни: Основи електроніки

на тему: Розробка та розрахунок підсилювача низької частоти

Виконала

студентка 3-МС-38

Різник О.С.

Керівник

доцент Антоненко П.А.

Дніпропетровськ 2010

РЕФЕРАТ

Проект складається з :

· пояснювальної записки

· креслень електричних принципової та структурної схем

· розрахункового підсилювача низької частоти

Пояснювальна записка містить :

· Аркушів - 31

· Ілюстрацій - 4

· Таблиць -2

· Літературних джерел - 5

КЛЮЧОВІ СЛОВА: підсилювач низької частоти, резистор, конденсатор, діод, транзистор, емітер, колектор, інтегральна мікросхема ІМС, фільтр, стабілізатор, мостовий випрямляч, підсилювач потужності, трансформатор, каскад, підсилювач змінного струму, амплітудно-частотна характеристика, коефіцієнт підсилення.

Розрахували підсилювач змінного струму, який має 5 каскадів підсилення, склали схему підсилювача, визначили типи транзисторів. Вибрали і розрахували інтегральний стабілізатор напруги для живлення підсилювача низької частоти, а також однофазний випрямляч малої потужності.

Зміст

ВСТУП

1. ПОПЕРЕДНІЙ (ЕСКІЗНИЙ) РОЗРАХУНОК ПІДСИЛЮВАЧА НИЗЬКОЇ ЧАСТОТИ

2. ОСТАТОЧНИЙ РОЗРАХУНОК КАСКАДУ ПОПЕРЕДНЬОГО ПІДСИЛЕННЯ ПНЧ, ВИКОНАНОГО ЗА СХЕМОЮ З СПІЛЬНИМ ЕМІТЕРОМ

3. ВИБІР ТА РОЗРАХУНОК ІНТЕГРАЛЬНОГО СТАБІЛІЗАТОРА НАПРУГИ

4. РОЗРАХУНОК ОДНОФАЗНОГО ВИПРЯМЛЯЧА МАЛОЇ ПОТУЖНОСТІ

ВИСНОВОК

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

ВСТУП

Технічна електроніка широко застосовується практично у всіх сферах науки і техніки, тому знання основ електроніки необхідно кожному інженеру. Багато задач вимірів, управління, інтенсифікації технологічних процесів, що з'являються в різних областях техніки, можуть бути успішно вирішені фахівцем знайомим з основами електроніки.

У наш час в техніці широко використовуються різні підсилювачі пристроїв. Підсилювачі скрізь оточують нас. В кожному радіоприймачі, телевізорі, комп'ютері, станку з числовими програмними управлінням є підсилюючі каскади.

В залежності від типу підсилюючого параметра підсилюючі пристрої розподіляють на підсилювачі струму, напруги та потужності.

В даному курсовому проекті вирішується задача проектування підсилювача низької частоти. В задачу входить вибір типу компонентів, з яких складається пристрій. Для розробки ПНЧ слід зробити попередній розрахунок та оцінити кількість і тип основних елементів.

Оптимізація вибору складових компонентів складається з того, що при проектуванні підсилювача слід використовувати такі елементи, щоб їх параметри забезпечували максимальну ефективність пристрою за заданими характеристиками, а також його економічність з точки зору витрат енергії мережі, та собівартості компонентів, що входять до нього.

1. ПОПЕРЕДНІЙ (ЕСКІЗНИЙ) РОЗРАХУНОК ПІДСИЛЮВАЧА НИЗЬКОЇ ЧАСТОТИ

підсилювач транзистор стабілізатор випрямляч

Мета розрахунку

Метою даної роботи є придбання навиків розрахунку підсилювачів змінного струму, на разі підсилювача низької частоти (ПНЧ), на етапі ескізного проектування.

Вихідні дані

1) необхідна потужність на виході ПНЧ Р_вих = 3 Вт;

2) опір навантаження R_н = 4 Ом;

3) напруга джерела вхідного сигналу U_вх = 15 мВ;

4) внутрішній опір джерела сигналу R_дж = 470 Ом;

5) схема з безтрансформаторним зв'язком;

6) діапазон частот f _н = 50 Гц, f _в = 20000 Гц.

Вважаємо, що ПНЧ працює в стаціонарних умовах. При температурі оточуючого середовища: Т_min = +15°С; Т_max = + 25^оС.

Необхідно визначити:

1) коефіцієнт підсилення ПНЧ за потужністю К_р;

2) тип схеми вихідного (кінцевого) каскаду;

3) типи транзисторів каскадів підсилення;

4) кількість каскадів підсилення (структурну схему ПНЧ);

5) орієнтовну електричну принципову схему ПНЧ.

Порядок розрахунку

Знаходимо потужність вхідного сигналу.

Найбільша потужність віддається в навантаження, коли його опір дорівнює внутрішньому опору джерела. Тоді

, (1.1)

де R_вх - вхідний опір першого каскаду ПНЧ (R_вх = R_дж).

Маємо

Вт.

Знаходимо потрібний коефіцієнт підсилення за потужністю.

Коефіцієнт підсилення за потужністю розраховують за такою формулою:

(1.2)

Приймаємо К_рег =0,3 по нижньому значенню.

Коефіцієнт підсилення за потужністю у децибелах:

, (1.3)

дБ

Попередньо вибираємо схему, тип підсилюючих приладів та орієнтовну величину коефіцієнта підсилення за потужністю вихідного каскаду. При цьому зважаємо на наступні рекомендації:

Тип транзистора вихідного каскаду вибираємо за величиною максимально допустимої потужності, що розсіюється на його колекторі. Для цього знаходимо потужність, яку транзистор повинен віддати у навантаження:

(1.4)

де - коефіцієнт навантаження транзистора (приймається рівним 0,8);

Вт

Так як Р_вих = 0,5 Вт 50 мВт, тому в якості вихідного каскаду вибираємо за умовами двотактну трансформаторну схему підсилення, для якої

, (1.5)

де - ККД вихідного каскаду, приймаємо .

Вт.

За знайденим значенням Р_K вибираємо тип транзисторів вихідного каскаду з довідника. При цьому необхідно виконувати умови:

Р_Kмакс > Р_K; f_h21E f_в. (1.6)

де Р_Кмакс - максимально допустима потужність, що розсіюється на колекторі вибраного транзистора;

f_h21E - гранична частота коефіцієнта передачі струму для вибраного типу транзистора в схемі з СЕ.

Вибираємо транзистори типу : КТ 815 А n-p-n

З параметрами: Р_Kмакс= 1,0 Вт 0,81 Вт; f_h21E = 3 МГц 20 кГц.

КТ 816 А p-n-p

З параметрами: Р_Kмакс= 1,0 Вт 0,81 Вт; f_h21E = 3 МГц 20 кГц.

У цьому випадку транзистори можна використовувати без додаткового охолодження (тепловідводу).

Вибираємо схему каскадів попереднього підсилення.

Для попереднього підсилення, як правило, використовують підсилювачі з СЕ.

У якості активного елемента застосуємо малопотужний транзистор КТ315Г n-p-n типу. З параметрами : U_k.макс=35 B, I_k.max=100 мА, Р_Kмакс=150 мВт, h_21E=50-350.

1.4.5. Знаходимо орієнтовну кількість каскадів m та складаємо структурну схему ПНЧ.

За певних умов можна вважати, що кожний каскад підсилювача за схемою з СЕ забезпечує підсилення потужності приблизно на 20 дБ.

Тоді

(1.7)

Вибираємо значення m найближче до більшого цілого, тобто m = 5.

Оскільки безтрансформаторні кінцеві каскади найчастіше будуються на основі каскадів з СК, що не мають підсилення за напругою, то можна вважати величину їх підсилення за потужністю рівною 10 дБ. У такому разі підсилення чотирикаскадної схеми складає:

дБ> 78 дБ,

Так як розрахунки ведемо з похибкою 5%, то кількість каскадів залишаємо рівною 5.

Орієнтовну електричну принципову схему безтрансформаторного ПНЧ наведено в додатку пояснювальної записки. Для забезпечення живлення кінцевого каскаду від однополярного джерела, його підключення до передкінцевого каскаду і до навантаження здійснюється через конденсатори С9_, С₁₁ (ємність С₁₁ за великої потужності навантаження складає тисячі мікрофарад).

Транзистор VT6 повинен мати такі ж параметри, як і VT5, але бути протилежного типу провідності: вибираємо транзистор КТ 815А n-p-n типу, комплементарний до КТ 816 А p-n-p типу.

Кінцевий каскад працює в режимі класу АВ, що визначається подачею в режимі спокою на базу транзистора VT5 напруги зміщення (-U_R19 /2), а на базу транзистора VT5 напруги зміщення (+U_R19 /2). Величина опору резистора R₁₆ набагато менша за опір резисторів R₁₅ і R₁₇ (падіння напруги на ньому становить близько 1,5 В), тому напруга зміщення ± U_R19 /2 визначається струмом дільника I E_К /(R₁₈ + R₂₀) та її можна вважати рівною I·R₁₉ /2. Невелике значення напруги зміщення визначає незначний (десятки міліампер) наскрізний струм транзисторів VT5 і VT6. Струм у навантаженні при цьому відсутній. Оскільки величина опору R₁₉ незначна, можна вважати, що за змінним струмом бази транзисторів VT5 і VT6 з'єднані. Для забезпечення кращої температурної стабільності кінцевого каскаду замість резисторів R18 - R20 застосовують 2-3 діоди, до того ж розміщують їх (приклеюють) на тому ж тепловідводі, що й транзистори VT5 і VT6. Тоді зі змінами температури транзисторів (що викликає зміну контактної різниці потенціалів база-емітер) будуть пропорційно змінюватись і напруги зміщення транзисторів.

2. ОСТАТОЧНИЙ РОЗРАХУНОК КАСКАДУ ПОПЕРЕДНЬОГО ПІДСИЛЕННЯ ПНЧ, ВИКОНАНОГО ЗА СХЕМОЮ З СПІЛЬНИМ ЕМІТЕРОМ

Мета розрахунку

Метою даної роботи є набуття навиків розрахунку транзисторних каскадів попереднього підсилення низькочастотних сигналів змінного струму, у даному разі звукових частот (ПНЧ).

Остаточний розрахунок є основною частиною роботи при проектуванні ПНЧ. При його виконанні розраховують параметри елементів кожного каскаду, ланцюгів міжкаскадних зв'язків, режими роботи транзисторів. Розрахунок зазвичай виконують у послідовності, зворотній послідовності проходження сигналу в ПНЧ: спочатку розраховують елементи кінцевого каскаду, потім - передкінцевого, а далі - каскадів попереднього підсилення. Така послідовність обумовлена орієнтацією розрахунку на забезпечення на навантаженні ПНЧ заданої вихідної потужності за допустимих значень нелінійних та частотних викривлень сигналу.

Елементи схеми вибирають з урахуванням вимог стандартів до певних типів компонентів. Так, резистори вибирають за номінальним значенням, найближчим до розрахункової величини опору, та за величиною потужності, що розсіюється в резисторі у робочому режимі. Конденсатори вибирають за номінальним значенням ємності, найближчим до розрахункової величини, та за величиною робочої напруги.

Номінальні значення опорів резисторів та ємностей конденсаторів (між іншим, як і номінальні значення параметрів будь-яких стандартних елементів) відповідають стандартним рядам, що, як правило, є десятковими рядами геометричної прогресії зі знаменником

,

де N - кількість значень ряду.

Вихідні дані

У результаті попереднього розрахунку (розділ 5) було складено схему ПНЧ, в яку входять декілька однотипних каскадів попереднього підсилення з СЕ. Виконаємо розрахунок каскаду попереднього підсилення, схема електрична принципова якого наведена на рис. 2.1, за такими вихідними даними (загалом отримуються у результаті попереднього розрахунку):

1) напруга на виході каскаду U_вих.т = 0,5 В;

2) опір навантаження R_н = 320 Ом;

3) напруга джерела живлення Е_К = 16 В;

4) нижня межа частот f _н = 125 Гц, верхня межа частот f _в = 16,5 кГц;

5) допустимі значення коефіцієнтів викривлень в області нижніх частот М_н = 1,12, в області верхніх частот М_в = 1,10.

Як і для попереднього розрахунку, вважаємо, що ПНЧ працює у стаціонарних умовах.

Необхідно визначити:

1) тип транзистора VT1 (уточнити правильність попереднього вибору);

2) режими роботи транзистора;

3) опори резисторів дільника R₁, R₂;

4) опір резистора колекторного навантаження R₃;

5) опір резистора в ланцюгу емітера R₄;

6) ємність розділяючих конденсаторів С₁, С₂;

7) ємність конденсатора в ланцюгу емітера С₃;

8) гарантовані значення коефіцієнтів підсилення каскаду за струмом К_I, напругою К_U та потужністю К_P.

При побудові схеми каскаду будемо використовувати елементи з допустимим відхиленням від номінальної величини ± 5%.

Размещено на http://www.allbest.ru/

20

Порядок розрахунку

Перевіримо правильність попереднього вибору транзистора:

1) допустима напруга між колектором та емітером повинна перевищувати напругу джерела живлення

U_{K max} E_K ; (2.1)

2) величина допустимого струму колектора повинна перевищувати максимальне значення струму у колекторному колі транзистора

I_Kmax (I_0K + I_Km), (2.2)

де I_0K - струм спокою у колі колектора;

I_Km - амплітуда змінної складової струму у колі колектора;

I_Km = U _{вих. m} /R_н, (2.3)

де - еквівалентний опір навантаження каскаду за змінним струмом. При цьому R₃ є навантаженням за постійним струмом.

З огляду на те, що даний каскад є підсилювачем потужності, для забезпечення максимальної передачі потужності задаємо:

R₃ = R_н, (2.4)

тобто R₃ = 320 Ом,

(до речі, за умови підсилення напруги задають R₃ R_н, а при підсиленні струму R₃ R_н), тоді:

Ом;

I_Km мА.

Для забезпечення економічності каскаду за мінімальних нелінійних викривлень обирають

I_0K = (1,05...1,1) I_Km = 1,075 3,13 = 3,365 мА.

На підставі (6.1) та (6.2) необхідно вибрати транзистор, який би забезпечував:

U_Kmax 16 В; I_Kmax (3,13 + 3,365) = 6,5 мА.

100 мА>6,5 мА

За результатами попереднього розрахунку було обрано в якості підсилюючого елемента транзистор типу КТЗ15Г,який задовольняє схему Транзистор має такі параметри : U_Kmax = 35 В, I_Kmax = 100 мА, h_{21Е=50…350},

P_Kmax =150 мВт.

Знаходимо напругу між колектором та емітером транзистора у режимі спокою

U_0К = U _вих.т + U_ост, (2.5)

де U_ост - напруга між колектором та емітером, нижче якої при роботі каскаду виникають значні нелінійні викривлення через те, що у робочу зону потрапляють ділянки характеристик транзистора зі значною кривизною.

Для малопотужних транзисторів як правило задають U_ост = 1В. Тоді

U_0К = 0,5 + 1 = 1,5 В.

Знаходимо потужність, що виділиться на колекторі транзистора:

P_K = I_0K U_0K. (2.6)

При цьому необхідно забезпечувати виконання умови:

P_K P_Kmax; (2.7)

P_K = 3,365 1,5 = 5,05 150 мВт.

Таким чином, вибраний тип транзистора відповідає вимогам за потужністю.

Знаходимо опір навантаження у колі колектора. З огляду на (2.4), маємо

R₃ = 320 Ом.

За табл. 6.2, 6.3 вибираємо R₃ = 330 Ом.

Потужність, що розсіюється в резисторі:

P = I ² R. (2.8)

Отже

Вт.

За довідником вибираємо резистор типу С2-33 номінальною потужністю 0,125 Вт з діапазоном опорів 1 Ом - 3 МОм.

Знаходимо опір резистора R₄ у ланцюгу термостабілізації:

. (2.9)

При цьому оптимальним співвідношенням є:

(2.10)

що забезпечує незначне зниження динамічного діапазону каскаду і падіння напруги на R₄, яке перевищує значення контактного потенціалу p-n переходу транзистора (для забезпечення умов температурної стабілізації режиму спокою каскаду).

Отже:

Ом;

Не забезпечує незначне зниження динамічного діапазону каскаду.

Потужність, що розсіюється в R₄

Вт.

За довідником вибираємо резистор типу С2-33 потужністю 0,125 Вт з опором 3,9 кОм.

Знаходимо ємність конденсатора С₃, що шунтує R₄ за умови, що його опір на частоті f _н повинен бути у 10 разів меншим за опір резистора R₄:

, (2.11)

де множник 10^6 дозволяє отримувати значення ємності у мікрофарадах.

мкФ.

Робоча напруга на С₃

В.

За довідником вибираємо конденсатор типу К50-35 ємністю 5 мкФ на напругу 16 В.

Знаходимо величину струму спокою бази транзистора

, (2.12)

мА.

Оскільки у відкритому стані транзистора напруга між його базою та емітером становить близько 0,6 В, то напруга спокою бази

В (2.13)

і можна знайти орієнтовне значення вхідного опору транзистора

, (2.14)

Ом.

Знаходимо величини опорів резисторів дільника R₁, R₂.

Дільник підключено до напруги

U _Д = E_K = 16 В. (2.15)

Величина струму в дільнику вибирається в межах

I _Д = (2...5) I_0Б, (2.16)

що забезпечує незалежність завдання режиму спокою транзистора при зміні його параметрів під впливом температури, при заміні на інший і т.п.

I _Д = 0,06733= 0,202 мА.

Падіння напруги на резисторі R₄ складає

(2.17)

= (3,365+0,0673) 10^-3 3900 = 13,39 В.

Тоді

; (2.18)

. (2.19)

Отже,

R₁ = = 7466,57 Ом;

R₂ = Ом.

За довідником вибираємо R₁ = 7,5 кОм; R₂ = 68 кОм.

Знаходимо потужність, що виділяється в резисторах R₁ і R₂:

; (2.20)

(2.21)

Вт;

Вт.

За довідником вибираємо резистори типу С2-33 потужністю 0,125 Вт.

Знаходимо ємність конденсаторів С₁ та С₂ за умови забезпечення допустимого значення коефіцієнта частотних викривлень М_н. З цією метою розподіляємо частотні викривлення по колах, що включають конденсатори С₁ і С₂:

М_н = при , (2.22)

= 1,058.

Знаходимо ємність (в мікрофарадах) конденсатора С₁ на вході підсилювача:

, (2.23)

мкФ.

Знаходимо ємність (в мікрофарадах) конденсатора С₂ на виході підсилювача:

, (2.24)

мкФ.

Робочу напругу С₁ і С₂ приймаємо рівною

(2.25)

В.

За довідником вибираємо конденсатори типу К50-35 ємністю

С₁ = 2 мкФ, С₂ = 10 мкФ на напругу 50 В.

Знаходимо амплітудні значення струму й напруги на вході каскаду:

, (2.26)

де h_21Emin - мінімальне значення коефіцієнта передачі струму в схемі з СЕ для обраного транзистора.

мА.

. (2.27)

В.

Необхідна потужність вхідного сигналу

, (2.28)

Вт.

Знаходимо розрахункові коефіцієнти підсилення каскаду за струмом, напругою та потужністю, але оскільки ми можемо отримати [К_р]дБ<20, тому беремо значення для h_21E=200.

(2.29)

(2.30)

(2.31)

дБ.

Раніше було прийнято значення коефіцієнта підсилення за потужністю 20 дБ, отже каскад розраховано вірно, так як ми ведемо свої розрахунки з похибкою 5%.

По значеннях ємностей С₁ і С₂ будуємо амплітудно-частотну характеристику в діапазонах частот (0,6...1,4) f _н і (0,8...1,2) f _в для 8...10 точок кожного діапазону. При цьому для нижніх частот:

, (2.32)

(2.33)

(2.34)

Для верхніх частот:

, (2.35)

(2.36)

де гранична частота підсилення транзистора

(2.37)

кГц.

Результати розрахунків заносимо у табл. 2.1 та 2.2.

Таблиця 2.1 - АЧХ для нижніх частот

fн,Гц	75	87,5	100	112,5	125	137,5	150	162,5
МНС1	1,0064	1,0047	1,0036	1,0028	1,0023	1,0019	1,0016	1,0014
МНС2	1,0935	1,069	1,0536	1,0425	1,0346	1,0287	1,0242	1,0206
КР	23,2	23,8	24,2	24,4	24,6	24,8	24,9	25

Таблиця 2.2 - АЧХ для верхніх частот

fв,кГц	6,6	9,9	13,2	14,85	16,5	18,15	19,8
Мв	1,017	1,037	1,065	1,082	1,099	1,12	1,14
КР	25,1	24,6	24	23,6	23,3	22,8	22,4

Амплітудно-частотна характеристика каскаду попереднього підсилення має вигляд:

3. ВИБІР ТА РОЗРАХУНОК ІНТЕГРАЛЬНОГО СТАБІЛІЗАТОРА НАПРУГИ

Мета роботи

Метою даної роботи є набуття навиків вибору і розрахунку інтегрального стабілізатора напруги для живлення підсилювача низької частоти.

Размещено на http://www.allbest.ru/

20

Вихідні дані при застосуванні стабілізатора з фіксованою напругою стабілізації:

1) напруга на виході U_вих=16 В;

2) мінімальна вхідна напруга U_{вх mіn} =19,2 В;

3) максимальна вхідна напруга U_{вх mах}=24 В.

U _{вих min} =1,3 B. (3.1)

При вмиканні навантаження між виводом керування ІМС і від'ємним полюсом джерела U _вх (на місце R₂), отримаємо стабілізатор струму. Величина струму навантаження буде визначатися величиною опору резистора R₁:

І_н = U _{вих min} / R₁. (3.2)

Величини опорів резисторів дільника R₁, R₂ зв'язані формулою

, (3.3)

де І_р - струм виводу регулювання ІМС, який необхідно задавати не меншим за 55 мкА.

У процесі роботи необхідно забезпечувати неперевищення допустимої розсіюваної потужності ІМС.

Щоб за вихідних даних отримати величину розсіюваної потужності, необхідно визначити величину струму навантаження:

I_н = Р_н / U_вих. (3.4)

Тоді, знаючи максимальне падіння напруги на ІМС

ДU = U_{вх mах} - U_вих, (3.5)

Можна знайти величину розсіюваної ІМС потужності

Р_ІМС = ДUІ_н < Р_{ІМС доп,} (3.6)

де Р_{ІМС доп} - допустима потужність, розсіювана ІМС (без тепловідводу або з ним).

Зазначимо, що величини U_{вх mах} та U_{вх mіn} обумовлюються з одного боку зниженням напруги на виході випрямляча під навантаженням, а з іншого - допустимими значеннями відхилення напруги мережі від номінальної величини. При цьому напруга U_{вх mіn} обов'язково повинна перевищувати значення

U_{вх mіn} = U_вих + U_{ІМС mіn,} (3.7)

де U_{ІМС mіn} - мінімально допустиме падіння напруги на ІМС.

Р_н= Р₁ + Р₂ + Р₃ + Р₄ + Р_Rн, (3.8)

де Р₁ - Р₄ - потужності, що споживають каскади підсилення;

Р_Rн - потужність, яку останній каскад віддає у навантаження Rн.

Якщо рахувати, що перші три каскади підсилення однотипні за схемою, тоді для спрощення розрахунків можна припустити

Р₁ = 0,5 Р₂ = 0,25 Р₃ = Р. (3.9)

В цьому випадку

Р_Н = 15Р + Р₄ + Р_Rн. (3.10)

Для підсилювача маємо:

Р₁ = Р = Р_R1 + Р_R2 + Р_R3 + Р_R4 + Р_KVТ1, (3.11)

Р₁ = Р = 0,000543 + 0,002771 + 0,125 + 0,04416 + 0,0050475 =

= 0,17755215 Вт.

Тоді, наприклад, для схеми:

Р_Н = 15Р + Р_K + Р_Т, (3.12)

Р_Н = 15 0,178 + 0,81 + 3 = 6,473 Вт.

Порядок розрахунку

При побудові стабілізатора з фіксованим значенням вихідної напруги, необхідно вибрати відповідну ІМС і перевірити її на можливість застосування за напругою та на неперевищення допустимого значення розсіюваної потужності в заданих умовах.

Перевіримо можливість застосування ІМС КР142ЕН8Б

За напругою необхідно забезпечувати виконання умов

U_{вх mах} < U_{вх mах доп,} (3.13)

U_{вх mах} = 24 В < 35 В = U_{вх mах доп,} (3.14)

(U_{вх mіn} - U_вих) > U_{ІМС mіn}. (3.15)

19,2 - 16 = 3,2 В > 2,5 В, (3.16)

Умова виконується. Дана ІМС відповідає умовам завдання.

І_Н = 6,47 / 16 = 0,404 А, (3.17)

ДU = 24 - 16 = 8 В. (3.18)

Р_ІМС = 8 0,404 = 3,23 Вт. (3.19)

Р_ІМС = 3,23 Вт > 1 Вт, (3.20)

За потужністю ІМС також відповідає умовам завдання. Використовувати її при цьому необхідно з тепловідводом.

4. РОЗРАХУНОК ОДНОФАЗНОГО ВИПРЯМЛЯЧА МАЛОЇ ПОТУЖНОСТІ

Мета розрахунку

Метою даної роботи є набуття навиків розрахунку однофазних випрямлячів малої потужності.

Схема мостового випрямляча з ємнісним фільтром наведена на рис. 4.1.

Размещено на http://www.allbest.ru/

20

Такий випрямляч забезпечує двопівперіодне випрямлення і, порівняно зі схемою з нульовим виводом, має менші габарити, масу і, відповідно, вартість трансформатора.

Вихідні дані:

1) середнє значення випрямленої напруги за номінального навантаження

U_d = Ек + U_{ІМС mіn} = 16 + 2,5 = 18,5 В;

2) струм навантаження

А;

3) коефіцієнт пульсації випрямленої напруги К_п = 0,1;

4) напруга мережі живлення U_м = 220 В;

5) частота мережі живлення f_м = 50 Гц.

Необхідно визначити:

1) тип і параметри вентилів;

2) режими роботи схеми (значення струмів діодів та напруг на них);

3) ємність та тип конденсатора фільтра;

4) ККД випрямляча.

Визначаємо величину розрахункового параметра А:

, (4.1)

де - опір випрямляча; (4.2)

R_ф = R_тр + R_і - опір фази випрямляча. (4.3)

Опір обмоток трансформатора для малопотужних випрямлячів приймають рівним

R_тр = (0,07...0,10)R_Н. (4.4)

Внутрішній опір відкритого напівпровідникового вентиля R_і ? 0,5...2,0 Ом. Приймаємо R_тр = 0,085R_Н, R_і =1,25 Ом

Ом;

R_тр = 0,085 52,9 = 4,5 Ом;

R_ф = 4,5 + 1,25 = 5,75 Ом;

.

4.5. За графіками (рис. 8.2) знаходимо коефіцієнти В, D, F і Н, які відповідають розрахунковому значенню А:

В = 0,95; D = 2,36; F = 8,57; Н = 379. (4.5)

4.6. Знаходимо діюче значення вторинної обмотки трансформатора:

U₂ = В U_d = 0,95 18,5 = 17,58 В. (4.6)

Визначаємо коефіцієнт трансформації трансформатора:

. (4.7)

Розраховуємо діюче значення струму вторинної обмотки трансформатора:

I₂ = 0,75 D I_d = 0,75 2,360,35 = 0,62 А. (4.8)

Знаходимо діюче значення струму первинної обмотки трансформатора:

I₁ = 1,2 K_тр I₂ = 1,2 0,079 0,62 = 0,059 А. (4.9)

Визначаємо розрахункову потужність трансформатора:

ВА. (4.10)

Знаходимо площу перетину сталі осердя трансформатора:

(см²), (4.11)

де б = 2,5 для трансформаторів найменшої ваги;

В_м = 0,65 Тл - магнітна індукція;

г = 3,75 А/мм² - щільність струму в обмотках;

з_ТV = 0,85 - ККД трансформатора.

Тоді

см².

Розраховуємо середнє значення струму через діод:

I_ср = 0,5D I_d = 0,5 2,36 0, 35 = 0,41 А. (4.12)

Визначаємо максимальний струм діода:

I_mах = 0,5F I_d = 0,5 8,57 0, 35 = 1,5 А. (4.13)

Знаходимо максимальну зворотну напругу на діоді:

U_{зв mах} = U₂ = 1,41 17,58= 24,86 В. (4.14)

4.15. Вибираємо тип вентилів за довідником. При цьому необхідно забезпечити виконання умов:

допустима зворотна напруга

U_{ВМ mах} > U_{зв mах} ; (4.15)

середнє значення струму

I_а > I_ср ; (4.16)

максимальне значення струму

I_{а mах} = рI_а > I _mах. (4.17)

В якості вентилів вибираємо кремнієві діоди типу КД202А, що мають наступні параметри:

U_{ВМ mах} = 50 В > 24,86 В;

I_а = 1 А > 0,41 А;

I_{а mах} =3,14 А > 1,5 А;

пряме падіння напруги U_пр = 1,0 В.

В якості вентилів вибираємо кремнієві діоди типу КД202Б, що мають наступні параметри:

U_{ВМ mах} = 50 В.

I_а = 1,0 А.

I_{а mах} =3,14 А.

пряме падіння напруги: U_пр = 1,0 В.

Визначаємо ємність фільтра:

мкФ. (4.18)

За довідником вибираємо конденсатор типу К50-35 з ємністю 1000 мкФ на напругу U = 25 В >U₂ = 17,58 1,41 = 24,8 В.

Знайдемо величину ККД випрямляча:

, (4.19)

де Р_Т - втрати потужності в трансформаторі з ККД з_Т = 0,85;

Р_В - втрати потужності у одночасно працюючих двох діодах.

Втрати потужності в трансформаторі:

; (4.20)

Р_Т =11,94 (1- 0,85) =1,79 ВА.

Витрати потужності на діодах:

Р_В = 2 I_ср U_пр ; (4.21)

Р_В = 2 0,41 1,0 = 0,82 ВА.

Тоді

Висновок

Розраховано підсилювач низької частоти згідно технічного завдання: виконано попередній (ескізний) та остаточний розрахунок низької частоти, вибрано транзистор КТ 315 Г (для каскадів попереднього підсилення), побудовано АЧХ каскаду попереднього підсилення.

Розраховано інтегральний стабілізатор напруги, в якості ІМС - універсальний регульований стабілізатор КР142ЕН8Б.

Розраховано однофазний мостовий випрямляч малої потужності з ємнісним фільтром, в якості вентилів вибрано кремнієві діоди типу КД 202 Б.

Побудовані електрична структурна та електрична принципова схеми.

Визначили, що коефіцієнт підсилення каскаду залежить від частоти, тому для оцінки властивостей підсилювача напруги на різних частотах користуються амплітудно-частотною характеристикою.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Методичні вказівки до оформлення текстових документів курсових та дипломних проектів і робіт для студентів III-IV курсів спеціальностей кафедри автоматизації виробничих процесів / Укл.: Л.І. Атаманчук, П.А. Антоненко, І.В. Вязова. - Дніпропетровськ: УДХТУ, 2003. - 24 с.

2. Колонтаєвський Ю.П., Сосков А.Г. Промислова електроніка та мікросхемотехніка: Теорія і практикум / За ред. А.Г. Соскова. - К.: Каравела, 2003. - 368 с.

3. Герасимов В.Г., Князьков О.М., Краснопольский А.Е. и др. Основы промышленной электроники / Под ред. В.Г. Герасимова. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1989. - 336 с.

4. Основи схемотехніки електронних систем: Підручник / В.І. Бойко, А.М. Гуржій, В.Я. Жуйков та ін. - К.: Вища шк., 2004. - 527 с.

5. Методичні вказівки до виконання курсового проекту з дисципліни “Основи електроніки” для студентів третього-четвертого курсів усіх форм навчання спеціальності 6.091300 “Метрологія та вимірювальна техніка”/ Укл.: П.А. Антоненко, Є.І. Войцех, О.П. Мисов. - Дніпропетровськ: УДХТУ, 2009. - 46 с.

Размещено на Allbest.ru