1.   
Расчет усилителя постоянного тока

Усилитель постоянного тока (УПТ) служит для усиления медленно меняющихся сигналов, значение которых после изменения остается постоянным сколько угодно долго. Нижняя рабочая частота УПТ , а высшая  –  определяется назначением усилителя и условиями его работы.

          Возьмём в качестве усилительного каскада операционный усилитель который имеет большей коэффициент усиления и допускают изменение выходного сигнала почти в полном диапазоне питающего напряжения, а так же обладают высоким входным и сравнительно малым выходным сопротивлениями, отличается большей стабильностью и простотой использования.

Промышленность выпускает сотни типов операционных усилителей (ОУ), они имеют неинвертирующий  и инвертирующий входы и неинвертирующий  выход. Принцип работы (ОУ) заключается в том, что выходной сигнал изменяется в положительном направлении, когда потенциал на неинвертирующем  входе становится более положительным, чем потенциал на инвертирующем входе, о наоборот. Это не означает, что на одном входе потенциал всегда должен быть более положительным, чем на другом, а просто указывает относительную фазу выходного сигнала.

Применение сильной ООС снижает усиление и обеспечивает его стабильность.


2.    Усилитель постоянного тока

Дано: ,  ,  ,  .

С1

+Uпит

С2

-Uпит

          ,где

          R₁ – входное сопротивление, влияющее на K_у схемы.

          R₂ – компенсация токов смещения ОУ,

          R₃ – параллельная, отрицательная обратная связь по напряжению.

          C₁, C₂  – ёмкости для сглаживания высокочастотных пульсаций питающего напряжения.

 по условию, тогда предположим

R₂ =100K
Ом  ð   R₁ = 10K
Ом, [1, стр.184]

, [1,стр. 185.]

.

2.1.    Возьмём ОУ  К140УД8А, который имеет следующие характеристики [2]:

          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,
Все параметры соответствуют условиям задачи.


3. 
Выпрямитель напряжения со стабилизатором

Дано: ,,.

          Решение.

          Берём схему компенсационного стабилизатора напряжения, у которого К_стаб = 20…50, что удовлетворяет условию и берём двуполупериодный выпрямитель на диодах.
Поскольку плечи стабилизатора идентичны, то рассчитываем одно плечо с использованием однотипных транзисторов разной структуры.

3.1.   
Стабилизатор напряжения на транзисторе

3.1.1.       Ток нагрузки одного плеча стабилизатора равняется сумме токов: потребления ОУ и тока нагрузки на выходе ОУ;  5 + 5 = 10мА.

3.1.2.       Возьмём транзистор КТ315А (КТ361А), его параметры: h_21Э = 20…90, I_к.max = 100мА, U_кэ = 25В, и стабилитрон КС515Г, его параметры: I
_ст = 10мА,

 U
_ст = 15 ± 0,75В.

3.1.3.       ,

3.1.4.       ,

3.1.5.       , где I
_ст – ток стабилизации стабилитрона.

3.1.6.       Ток, протекающий через R₁, R
₂
, , берём U
₀ = 17В,



3.2.                     Выпрямитель

3.2.1.       По полученным данным подбираем диоды выпрямительного моста (U
₀ = 17В, I
_д
= 39 мА).

 –  средний ток, протекающий через диоды выпрямительного моста [3].

 –  обратное напряжение на диоде выпрямительного моста [3].

3.2.2.       Выбираем диодную сборку КДС523Г [2], её параметры: , , .

4.   
Расчет трансформатора выпрямителя.

4.1.                     Сопротивление трансформатора. Ом ¹ [3].

4.2.                     Напряжение на вторичной обмотке трансформатора: [3]

.

4.3.                     Ток во вторичной обмотке трансформатора: [3]

.

4.4.                     Ток в первичной обмотке трансформатора:

 [3].

4.5.                     Вычисляем габаритную мощность трансформатора:

 [3].

и находим произведение площади сечения сердечника трансформатора Q_C  на площадь окна сердечника Q
_О , которое в зависимости от марки провода обмоток равно:

Q_C

×

Q
_О = 1,6P
_Г  для провода марки ПЭЛ;

Q_C

×

Q
_О = 2P
_Г   для провода марки ПЭШО;

Q_C

×

Q
_О = 2,4P
_Г  для провода марки ПШД.

Выбираем провод марки ПЭЛ, при этом:

Q_C
×
Q_О = 1,6P_Г = 1,6 × 2,53 = 4,05 см⁴.




  ¹  В формулах напряжение в вольтах, ток в мА, сопротивление в Ом, ёмкость в мкФ.


4.6.                     Из таблицы [3, стр. 182, Т. №6] основных данных типовых Ш-образных пластин, по значению Q_C ×
Q_О выбираем для сердечника трансформатора пластины типа Ш-14 с Q_О = 1,47 см² ; ширина среднего стержня сердечника а = 1,4см; высота окна h = 2,1см и ширина окна b = 0,7см.

При этом получаем :

 [3].

Необходимая толщина пакета пластин:

[3], берём  2 см, то Q_С  = а ×
с = 2,8 см²

Отношение . Его рекомендуется брать в пределах 1…2. Если оно выйдет за эти пределы, то необходимо выбрать другой тип пластин.

4.7.                     Определяем число витков w и толщину провода d первичной и вторичной обмоток трансформатора.

 [3];

 [3];

 [3], берём 0,1 мм;

 [3].

5.     Расчет фильтра.

5.1.                     Расчет необходимого конденсаторного фильтра С₀, от этой ёмкости зависит коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения.

 [3], берём два конденсатора по 20мкФ, включенных параллельно.

5.2.                     Рабочее напряжение конденсаторов:

 [3] берём 25В.

5.3.                     Коэффициент пульсаций на входе параметрического стабилизатора:

 [3].


          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.

Итоговая схема устройства

Список используемой литературы.
1.     П.Хоровиц, У.Хилл, “Искусство схемотехники”, в трех томах,

Т - 1, М, “Мир”,1993г.

2.     Серия МРБ, “Справочная книга радиолюбителя-конструктора”, под ред. Н.И. Чистякова, М, “Радио и связь”, 1990 г.

3.     Л.Н. Бочаров, С.К. Жебряков, И.Ф. Колесников,

“Расчет электронных устройств на транзисторах”,

М, “Энергия”, 1978 г.