--PAGE_BREAK-- Производим расчет сопротивлений R2, R3 и R4. Принимаем R2=Rвх=20КОм.
R3=R2·Кu’’; (34)
R4=R2·Кu’’/(1+ Кu’’);
R3=20·10,9=218 КОм; R4=20·10,9/(1+10,9)=18,32 КОм.
Выходные транзисторы рассеивают большую тепловую мощность, поэтому возможно придется принимать специальные меры по их охлаждению. Тепловая мощность, выделяемая на одном выходном транзисторе определяется по формуле:
Рт=0,1·(Uп2/Rн)+Iко·Uп; (35)
Рт=0,1·(1225/40)+0,09·35=6,2125 Вт;
Тепловая мощность, выделяемая на одном транзисторе допустимая, но желательна установка дополнительных теплоотводов.
1.7.
Описание схемы
Входной каскад предназначен для согласования источника сигнала с усилительным устройством и первоначального усиления сигнала для того, чтобы потом при монтаже схемы не возникло проблем со снятием показаний измерительных приборов. Входной каскад построен по схеме истокового повторителя напряжения. Входной сигнал, поступая на этот каскад, усиливается по напряжению в 0,29 раз и подается на полосовой фильтр.
УППФ представляет собой двухкаскадный фильтр Баттерворта. Сигнал, поступая с входного каскада, проходит через фильтр, если он имеет частоту от 95 Гц до 105 Гц. Сигнал в первом каскаде фильтра усиливается в 2,6158 раз, во втором – 1,0835. Во всем фильтре сигнал увеличивается в 3,6993 раз.
Выходной каскад усилителя собран на операционном усилителе, выход которого нагружен оконечным усилителем мощности собранным по схеме с общим коллектором. Сигнал поступает на вход операционного усилителя и усиливается им до необходимой мощности для выходных транзисторов VT1, VT2 после чего усиливается этими транзисторами и затем проходит на нагрузку. Таким образом, в усилителе сигнал усиливается в оставшиеся 2,43 раз.
В схеме используются резисторы:
R3-R8 – прецизионные типа С2-14, номинальной мощностью 0,5Вт;
R12 – переменный типа СП-II, номинальной мощностью 0,5Вт;
остальные типа МЛТ, номинальной мощностью 0,5Вт.
В схеме используются конденсаторы:
С2 – лакопленочный типа К76-5;
С1 – керамический типа КМ-6, с группой ТКЕ М750;
С3-С65 – керамические типа КМ-6, с группой ТКЕ Н90;
С7, С8 – керамические типа КД-2, с группой ТКЕ М47;
2. Проектирование источника питания
2.1. Исходные данные для расчета
Для расчета составим таблицу в которой отобразим все элементы нагрузки.
Таблица 3 – Данные для расчета ИП.
Потребитель
Назначение
Кол-во
Uп, В
Iп, мА
Стабилизация
Тр-тор КП 303А
ВК усилителя
1
+12
20
Да
ОУ К157УД2
АФ усилителя
1
±12
7
Да
ОУ К140УД7
УМ усилителя
1
±12
3
Да
Выходной каскад
УМ усилителя
1
±5
171
Нет
Из таблицы видно, что для питания усилительного устройства и цифрового вольтметра нам необходимы следующие напряжения:
Для питания операционных усилителей и входного каскада ±12В, с потребляемым током 30 мА;
2.2. Выбор стабилизаторов
Стабилизаторы будем выбирать для U1, U2.
Принимаем относительное отклонение напряжения сети амин=0,1.
Выбираем стабилизатор [2, таблица 7, стр. 43], для U1и U2 выбираем КР142ЕН2Б (Uпад.мин=4В, Iнаг=0,15А, Iп=4мА ), для U3К142ЕН1Б (Uпад.мин=4В, Iнаг=0,15А, Iп=4мА )
Определяем минимальное входное напряжение стабилизатора:
Uвх.мин=Uвых+Uпад.мин; (36)
где Uпад.мин— минимальное допустимое падение напряжения между входом и выходом стабилизатора, В;
Uвх.мин 1=12+4=16 В; Uвх.мин 3=5+4=9 В;
Uвх.мин 4=15+4=19 В;
С учетом возможного уменьшения напряжения в сети:
Uвх=Uвх.мин/(1-амин); (37)
Uвх.1=16/(1-0,1)=17,8 В, Uвх.3=9/(1-0,1)=10 В;
Uвх.1=19/(1-0,1)=21,1 В.
2.3. Расчет выпрямителей
Выбираем мостовую схему со средней точкой.
Определяем сопротивления трансформатора:
rтр=K’·(U·J/(I·fс·B))·4√((fс·B·J)/(1,6·U·I)); (38)
где K’- расчетный коэффициент, принимаем K’=2,3;
J– плотность тока в обмотках трансформатора, принимаем J=3,4А/мм2;
fс— частота сети, fс=50 Гц;
В- магнитная индукция в сердечнике, принимаем В=1,1Тл;
I— ток нагрузки, А;
U— номинальное выпрямленное напряжение, В;
rтр.1=2,3·(17,8·3,4/(0,034·50·1,1))·4√((50·1,1·3,4)/(1,6·17,8·0,034))=277,5;
rтр.2=2,3·(5·3,4/(0,48·50·1,1))·4√((50·1,1·3,4)/(1,6·5·0,48))=3,9 Ом;
rтр.3=2,3·(10·3,4/(0,034·50·1,1))·4√((50·1,1·3,4)/(1,6·10·0,0,34))=180,1Ом;
rтр.4=2,3·(21,1·3,4/(0,034·50·1,1))·4√((50·1,1·3,4)/(1,6·21,1·0,034))=408,5 Ом;
Производим выбор выпрямительных диодов, по [4, стр. 51-76]:
1. Выбираем четыре диода типа Д103 собранные по мостовой схеме (Iвп.мах=30мА, Uобр.мах=30 В, Uпр=2 В);
2. Выбираем выпрямительный блок типа КЦ405Е (Iвп.мах=1000мА, Uобр.мах=100В, Uпр=1 В);
3. Выбираем четыре диода типа Д103 собранные по мостовой схеме (Iвп.мах=30мА, Uобр.мах=30 В, Uпр=2 В);
4. Выбираем четыре диода типа Д103 собранные по мостовой схеме (Iвп.мах=30мА, Uобр.мах=30 В, Uпр=2 В);
Определяем сопротивление вентиля, для выбранных схем:
rI=2·Uпр/3·Iо; (39)
rв=rI+rтр; (40)
rI1=2·2/3·0,034=39,2 Ом, rв1=277,5+39,2=316,5 Ом;
rI2=2·1/3·0,48=1,4 Ом, rв2=3,9+1,4=5,3 Ом;
rI3=2·2/3·0,034=39,2 Ом, rв3=180,1+39,2=219,3 Ом;
rI4=2·2/3·0,034=39,2 Ом, rв4=408,5+39,2=447,7 Ом;
Находим коэффициент А по формуле:
А=(π·Iо·rв)/(2·м·U); (41)
где м- число фаз выпрямления, для выбранных схем м=2;
по [2, рисунок 18, стр. 27] находим вспомогательные коэффициенты в зависимости от А;
А1=(3,14·0,034·316,5)/(2·2·17,8)=0,47; F01=4,8; D01=1,9; B01=1,25;
А2=(3,14·0,48·5,3)/(2·2·5)=0,4; F02=5; D02=1,95; B02=1,2;
А3=(3,14·0,034·219,3)/(2·2·10)=0,59; F03=4,5; D03=1,85; B03=1,34;
А4=(3,14·0,034·447,7)/(2·2·21,1)=0,57; F04=4,6 D04=1,87; B04=1,3;
Определяем емкость фильтров:
С0=25·104·А/м·rв·fс·Кп; (42)
где Кп — коэффициент пульсации, принимаем Кп=0,1;
С01=25·104·0,47/2·316,5·50·0,1=37,1 мкФ; (С01’=39,0х20В);
С02=25·104·0,4/2·5,3·50·0,1=1886,8 мкФ; (С02’=2000,0х10В);
С03=25·104·0,59/2·219,3·50·0,1=67,3 мкФ; (С03’=68,0х10В);
С04=25·104·0,57/2·447,7·50·0,1=31,8 мкФ; (С04’=33,0х20В);
В скобках указаны стандартные емкости конденсаторов.
2.4. Расчет силового трансформатора
Для расчета силового трансформатора составим таблицу с расчетными величинами.
Таблица 4 - Расчетные величины.
№ вторичной обмотки
1
2
3
4
Напряжение на вторичной обмотке, U2, B
Формула
U2=2B0U0; (43)
Значение
44,5
12
26,8
55
Коэффициент трансформации, n
Формула
n=U2/U1; (44)
Значение
0,202
0,055
0,122
0,25
Мощность нагрузки, Р0, Вт
Формула
P0=U0I0; (45)
Значение
0,605
2,4
0,34
0,717
Ток вторичной обмотки тр-ра, I2, мА
Формула
I2 =D0I0/√2; (46)
Значение
45,7
661,8
44,5
45
Действующее значение тока через вентиль, Iв, мА
Формула
Iв=D0I0/2; (47)
Значение
32,3
468
31,5
31,8
Габаритная мощность выпрямителя, Ргаб, Вт
Формула
Ргаб=1,8P0; (48)
Значение
1,089
4,32
0,612
1,291
Составляющая тока первичной обмотки, I1, мА
Формула
I1=√2nI2; (49)
Значение
13,1
51,5
7,8
15,9
Определяем ток первичной обмотки трансформатора и его габаритную мощность:
I1=I1(1)+I1(2)+I1(3)+I1(4); (50)
Ртр=(Ргаб(1)+Ргаб(2)+Ргаб(3)+Ргаб(4))/η; (51)
где η-КПД Трансформатора, принимаем η=0,75;
I1=13,1+51,5+7,8+15,9=88,3 мА;
Ртр=(1,089+4,32+0,612+1,291)/0,75=10 Вт;
Находим площадь сечения сердечника, см2, и ориентировочное значение ширины:
Sс=√Ртр; (52)
а=√Sс/1,5; (53)
Sс=√10=3,16 см2; а=√3,16/1,5=1,45 см.
Находим произведение сечения стержня сердечника на площадь окна:
Sс·Sок=Ртр·100/(2,22·fс·B·J·Км·Кс·η); (54)
где J– плотность тока в обмотках трансформатора, принимаем J=3,4А/мм2;
fс— частота сети, fс=50 Гц;
В- магнитная индукция в сердечнике, принимаем В=1,1Тл;
Км — коэффициент заполнения медью, принимаем Км=0,22;
Кс — коэффициент заполнения сталью, принимаем для ленточного сердечника Кс=0,93;
Sс·Sок=10·100/(2,22·50·1,1·3,4·0,22·0,93·0,74)=16 см4;
По произведенным расчетам выбираем магнитопровод марки ШЛ16х20, с сечением сердечника 3,2 см2, сечением окна 6,40 см2, его чертеж приведен на рисунке 10
Рисунок 10 – Ленточный магнитопровод типоразмера ШЛ16х20.
Определяем число витков в обмотках;
в первичной:
WI=UI·(1-ΔUI/100)·104/(4,44·fс·B·Sc); (55)
во вторичных:
Wn=Un·(1+ΔUI/100)·104/(4,44·fс·B·Sc); (56)
где ΔU— падение напряжений в обмотках трансформатора по [2, рисунок19, стр. 29] принимаем UI=12%; Un=16%;
WI=220·(1-12/100)·104/(4,44·50·1,1·3,2)=2480;
W2=44,5·(1+16/100)·104/(4,44·50·1,1·3,2)=660;
W3=12·(1+16/100)·104/(4,44·50·1,1·3,2)=180;
W4=26,8·(1+16/100)·104/(4,44·50·1,1·3,2)=400;
W5=55·(1+16/100)·104/(4,44·50·1,1·3,2)=820;
Находим диаметры проводов обмоток трансформатора (без учета толщины изоляции), мм:
Dn=1,13√In/J; (58)
D1=1,13√88,3·10-3/3,4=0,182 мм;
D2=1,13√45,7·10-3/3,4=0,131 мм;
D3=1,13√661,8·10-3/3,4=0,499 мм;
D4=1,13√44,5·10-3/3,4=0,129 мм;
D5=1,13√45·10-3/3,4=0,13 мм;
продолжение
--PAGE_BREAK--