/>Министерствонауки и образования Украины
Запорожскаягосударственная инженерная академия
ФЭЭТ
Кафедра«Электронные системы»
Пояснительнаязаписка к курсовому проекту
Подисциплине:
Аналоговаясхемотехника
На тему:
“Расчетразностного усилителя (вычитателя) на ОУ”
Выполнила: ст. гр. ЭС-05-2д
Киричек Е.В.
Запорожье
2008
РЕФЕРАТ
Страниц-29,рисунков- 8, источников литературы-4.
В курсовомпроекте рассматривается разностный усилитель. Курсовой проект состоит из двухчастей. В первой части рассчитываем параметры разностного усилителя наоперационных усилителях. Во второй части разрабатываем компенсационныйстабилизатор напряжения.
Коэффициент усиления, операционный усилитель,повторитель напряжения, вычитатель, транзистор, компенсационный стабилизатор, источниксигнала, сопротивление, разностный усилитель.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Операционный усилитель
1.1 Общие сведения
1.2 Структурная схема операционного усилителя
1.3 Разностный усилитель
2. Компенсационный стабилизатор
2.1 Выбор и анализ структурной схемы
3. Расчет схемы электрическойпринципиальной разностного усилителя
3.1 Исходные данные
4. Расчет компенсационногостабилизатора напряжения
Анализ ошибок
Заключение
Список источников
Приложение 1
Приложение 2
ВВЕДЕНИЕ
Обмен информацией в электронныхсистемах происходит с помощью сигналов. Многие электронные устройства,используемые в быту и на производстве требуют определенных параметров напряженияна входе, отличных от параметров сети.Для создания нужного напряжения и используют стабилизаторы напряжения, один изкоторых требуется разработать во второй части проекта. Стабилизаторразрабатывается на базе стандартных аналоговых элементов, выпускающихся серийнои может использоваться для работы с широким спектром устройств, требующихнапряжения, укладывающегося в его выходной диапазон.
Носителями сигналов могутбыть разные физические величины – токи, напряжения, световые волны. Выделяютаналоговые и дискретные сигналы Дискретныесигналы проще хранить и обрабатывать, они более стойкие к помехам. Поэтомудискретные сигналы чаще используют на практике, чем аналоговые, так каканалоговое преобразование сигналов является необходимым этапов обработки информациии мощности этих сигналов. Для сигналов, имеющих информационную сущность, такаяпоследовательность преобразования с аналоговыми сигналами на входе и выходе ицифровыми на промежуточном этапе. Для сигналов, имеющих энергетическую сущность,аналоговое преобразование является единственно возможным. Поэтому, взависимости от особенностей сигналов, существует три группы преобразований:
1) преобразования,связанные с обработкой гармонических сигналов;
2) преобразование сгенерацией сигналов;
3) нелинейные “вычислительные” преобразования.
Полностью вытеснитьаналоговую технику цифровая не сможет, потому что физические процессы, откоторых электронная система получает информацию, имеют аналоговую природу.
1. ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ
1.1 Общие сведения
Операционный усилитель(ОУ) – унифицированный многокаскадный усилитель постоянного тока,удовлетворяющий следующим требованиям к электрическим параметрам:
коэффициент усиления понапряжению стремится к бесконечности
(/>);
входное сопротивлениестремится к бесконечности (/>);
выходное сопротивлениестремится к нулю (/>);
если входное напряжениеравно нулю, то выходное напряжение также равно нулю (/>);
бесконечная полосаусиливаемых частот (/>).
История названияоперационного усилителя связана с тем, что подобные усилители постоянного токаиспользовались в аналоговой вычислительной технике для реализации различныхматематических операций, например суммирования, интегрирования и др. В настоящеевремя эти функции хотя и не утратили своего значения, однако составляют лишьмалую часть списка возможных применений ОУ.
Являясь, по существу,идеальным усилительным элементом, ОУ составляет основу всей аналоговойэлектроники, что стало возможным в результате достижений современноймикроэлектроники, позволившей реализовать достаточно сложную структуру ОУ винтегральном исполнении на одном кристалле и наладить массовый выпуск подобныхустройств. Все это позволяет рассматривать ОУ в качестве простейшего элементаэлектронных схем подобно диоду, транзистору и т.п. Следует отметить, что напрактике ни одно из перечисленных выше требований к ОУ не может бытьудовлетворено полностью.
Достоверность допущенийоб идеальности свойств в каждом конкретном случае подтверждается сопоставлениемреальных параметров ОУ и требований к разрабатываемым электронным средствам(ЭС).
Параметры ОУ можно разделитьна следующие группы.
Входные параметры,определяемые свойствами входного дифференциального каскада:
· напряжение смещения нуля Uсм, значение которого определяется неидентичностью напряжений Uбэ0транзисторов входного дифференциального каскада, и его температурный дрейфΔUсмΔT;
· входной ток инверирующего I-вхи неинвертирующего входа I+вх, а также средний Iвх.сри разностный Iвх.разн входной ток (ток баз транзисторов врежиме покоя входного дифференциального каскада) и температурный дрейфразностного входного тока ΔIвх.разн /ΔT;
· максимальное входноедифференциальное Uвх.диф. мах и синфазное Uвх.сс. махнапряжения;
· входное дифференциальноесопротивление Rвх.оу, т.е. сопротивление между входами ОУ длямалого дифференциального входного сигнала, при котором сохраняется линейностьвыходного напряжения;
· входное синфазное сопротивление Rвх.сф., т.е. сопротивление, равное отношению напряжения, поданного на оба входа ОУ, ктоку входов.
Передаточные параметры:
· коэффициент усиления по напряжениюКоу определяемый отношением изменения выходного напряжения квызвавшему это изменение дифференциальному входному сигналу Коу= Uвых/Uвх.диф;
· коэффициент ослабления синфазногосигнала Косс определяемый отношением коэффициента усилениядифференциального сигнала в схеме на ОУ к коэффициенту усиления синфазногосигнала Косс= Коу/ Коу.сс. Он характеризуетспособность ослаблять (не усиливать) сигналы, приложенные к обоим входамодновременно;
· граничная частота fгр –частота на которой коэффициент усиления уменьшается в (1/2)1/2 разпо отношению к максимальному значению коэффициенту усиления. Эта частотасоответствует уменьшению коэффициента усиления на –3дБ, при заданиикоэффициента усиления в логарифмическом масштабе. Для ОУ АЧХ коэффициентаусиления которого приведена на рис.1 граничная частота fгр=10Гц;
· частота единичного усилия f1т. е. частота, при которой Коу=1. Для ОУ АЧХ коэффициента усилениякоторого приведена на рис.1 частота единичного усиления f1=106Гц.Граничная частота fгр, частота единичного усиления f1 икоэффициент усиления по напряжению Коу для ОУ с внутреннейкоррекцией связаны соотношением f1= fгрКоу .
· запас устойчивости по фазе начастоте единичного усиления φзап, характеризует устойчивостьОУ. φзап =1800– |φ1|, где φ1– фазовый сдвиг на частоте f1. Положительный запас устойчивости пофазе является показателем устойчивости ОУ. Для получения максимально быстрогоотклика на импульсный входной сигнал и одновременно исключения звона илинеустойчивости желательно иметь запас устойчивости по фазе порядка 450.Для ОУ фазово-частотная характеристика, которого приведена на рис.1 φ1=900,а φзап=900.
Выходные параметры, определяемыесвойствами выходного каскада ОУ:
· выходное сопротивление Rвых;
· максимальный выходной ток Iвых.мах, измеряемый при максимальном выходном напряжении, или минимальноесопротивление нагрузки Rн.мин ;
· максимальное выходное напряжение вдиапазоне линейного усиления. Для большинства типов ОУ величина Uвых.мах=(Еп– 1,5)В, что составляет примерно — 10 В.
Переходные параметры:
· скорость нарастания выходногонапряжения Vu.вых- максимальная скорость изменения во временинапряжения на выходе ОУ (В/мкс) при подаче на вход большого сигнала;
· время установления выходногонапряжения tуст время за которое выходное напряжение достигает своестационарное значение с заданной точностью.
/>/>/>/>/>/>/>/>Параметрыцепи питания:
· напряжение питания ± Еп;
· потребляемый ток Iпот .
· потребляемая мощность. Мощность(без нагрузки) потребляемая операционным усилителем.
Важной характеристикой ОУявляется его амплитудная (передаточная) характеристика. Она приведена на рис.3 –Uвых =f (Uвх+, Uвх-). Кривая 1 соответствуетвыходному напряжению при входном напряжении на инвертирующем входе и нулевомнапряжении на неинвертирующем входе, т.е. Uвых=f(Uвх-)|Uвх+=0. Кривая 2 – Uвых= f(Uвх+)|Uвх-= 0.По амплитудной характеристике можно определить Коу=Uвых/Uвх, и Uсм – напряжение смещения – это постоянное напряжение на входепри котором выходное напряжение равно нулю, т.е. ОУ — сбалансирован, Uсдв– напряжение сдвига — это постоянное напряжение на входе, когда Uвх-= Uвх+ = 0. Типовые значения: Коу=104¸107; Uсм = 5...20 мВ.
При упрощенном анализе схем,содержащих ОУ, удобно пользоваться понятием «идеального ОУ», длякоторого:
1. Коу= ∞ ;
2. Rвх – входноесопротивление = ∞ ;
3. Rвых – выходноесопротивление = 0 Ом;
4. Uвых= 0 при Uвх-= Uвх+ = 0 т.е. ОУ сбалансирован; 5. />f – диапазон усиливаемых частот =∞;6. Iвх – входной ток 0А.
Из параметров идеального ОУследует, что его входы виртуально замкнуты т.е. Uвх- = Uвх+, а Rвх=∞. Это утверждение следует из того, что при Коу=∞ напряжение Uвых = Коу (Uвх+ — Uвх-)всегда конечно и по значению меньше напряжения питания Еп, чтоможет иметь место только в том случае когда выполняется условие
(Uвх+ — Uвх-)=0 или (Uвх+ =- Uвх-).
Реально идеальных ОУ несуществует. Однако параметры реальных ОУ, с точки зрения погрешностейсоздаваемых ими, близки к идеальным. Это позволяет использовать понятиеидеального ОУ, что существенно упрощает анализ схем, содержащих ОУ. Обычно вустройствах содержащих ОУ он используется не самостоятельно, а с элементамивнешней обратной связи, которые целиком определяют его передаточную и частотнуюхарактеристику.
В действительности при расчетесхем содержащих ОУ следует учитывать конечные значения Rвх оу, Rвыхоу и полосы пропускания. Так номиналы резисторов, подключаемые к выводамОУ, должны удовлетворять очевидным неравенствам
Rmin ≥ 10 Rвыхоу, Rmax ≤Rвх оу/10. (1)
Номиналы емкостей, с однойстороны должны быть значительно больше паразитных емкостей схемы. С другойстороны, эти емкости не должны быть большими, так как при этом увеличиваютсягабариты устройства и потери в конденсаторах.
/>
Рис.1.1.
Для низкочастотных устройств(фильтров) частота единичного усиления должна удовлетворять неравенству
f1 оу ≥ f0Ко;
для высокочастотных устройств(фильтров) неравенство оказывается еще более жестким
f1 оу ≥ 100f0Ко,
здесь f0–граничная частота устройства; Ко – коэффициент усиления устройства вполосе пропускания.
Операционные усилители,выполняемые в виде монолитных ИМС, можно классифицировать следующим образом.
1. По типу транзисторов,используемых во входных каскадах:
– ОУ на биполярныхтранзисторах, имеющие малое напряжение смещения нуля, но значительные входныетоки и сравнительно невысокое входное сопротивление (~ 106 Ом);
– ОУ с полевыми транзисторамина входе, в которых достигаются высокое входное сопротивление (~109 –1012 Ом) и малые входные токи, но возрастает напряжение смещениянуля.
2. По выходной мощности:
– стандартные ОУ, которыеотдают в нагрузку с сопротивлением Rн=2 кОм номинальную выходную мощность ~50мВт;
– мощные ОУ с выходноймощностью от единиц до нескольких десятков ватт;
– микромощные ОУ, в которыхмощность, потребляемая в режиме покоя, очень мала (~10-6 Вт).
3. По области применения:
– ОУ общего применения,характеризуемые низкой стоимостью, малыми размерами, широким диапазономнапряжения питания, защищенным входом и выходом, не очень высокой частотой f1;
– специальные ОУ, которые, всвою очередь, разделяются на прецизионные, измерительные, электрометрические,программируемые ОУ и т.п.
Параметры некоторых типов ОУмогут изменяться за счет введения частотной коррекции и токовогопрограммирования. Частотная коррекция может быть введена в схему ОУ при егоизготовлении. Это, так, называемые ОУ с внутренней коррекцией. На рис.1,приведена АЧХ ОУ с внутренней коррекцией. Как />известно,такая форма АЧХ обеспечивает устойчивость схем на ОУ при любом требуемомкоэффициенте усиления, что достигается за счет существенного ухудшениячастотных свойств ОУ. В случае широкого спектра усиливаемого сигнала частотныесвойства ОУ накладывают ограничения на значение коэффициента усиления, которыйможно получить в схеме усилителя, используя данный ОУ. Например, если верхняяграничная частота единичного усиления составляет f1 = 106Гц, то максимально возможное усиление в схеме усилителя на ОУ, на частоте 104Гц, имеющем АЧХ, приведенную на рис.1, составит 40 дБ. При этом следует иметь ввиду, что в диапазоне частот от 25 Гц до 50 кГц глубина Р отрицательнойобратной связи в схеме усилителя будет уменьшаться и при f1 = 10 кГц составит Р= 1.
Использование внешнихкорректирующих элементов позволяет, как правило, обеспечить устойчивую работуОУ в требуемом диапазоне изменения коэффициента усиления при меньшем ухудшениичастотных свойств, но приводит к усложнению схемы усилителя.
1.2 Структурная схемаоперационного усилителя
Операционный усилитель –это аналоговая интегральная схема, снабженная, как минимум, пятью выводами. Ееусловное графическое изображение приведено на рисунке 1. Два вывода ОУиспользуются в качестве входных, один вывод является выходным, два оставшихсявывода используются для подключения источника питания ОУ. С учетом фазовыхсоотношений входного и выходного сигналов один из входных выводов (вход 1) называетсянеинвертирующим, а другой (вход 2) – инвертирующим.
/>
Рис.1.2 Рис.1.3
1.3 Разностный усилитель
На основе ОУ выполненразностный (дифференциальный) усилитель, схема на рис.4. Это усилитель, вкотором выходное напряжение пропорционально разности входных сигналов Uвх2и Uвх1 (рис.4). Установим связь между входными и выходными сигналамиэтой схемы, учитывая что R1 = R2 и R3 = R4. Поскольку для идеального
ОУ Uвх- = Uвх+= U2 R4/(R2+R4) и Iвх =Iос
где Iвх =(Uвх+ — Uвх-)/ R3, то выражение связывающее выходное и входноенапряжения примет вид
Uвых=R4/R2(Uвх2-Uвх1). (2)
Идеальный разностный усилительпри подаче на оба входа одинаковых напряжений, т.е. Uвх1 = Uвх2, имеет на выходе напряжение равное нулю. Такие входные напряжения называютсясинфазными Ucc. В общем случае синфазный сигнал представляет собойсреднее значение двух входных напряжений, т.е.
Ucc= (Uвх1+ Uвх2)/2. Если Uвх1=-Uвх2, то Ucc=0.
Разность двух входныхнапряжений называется дифференциальным сигналом Uдс=Uвх2-Uвх1. Поскольку усилитель разности усиливает только разностный (дифференциальный)сигнал, то такой усилитель часто называют дифференциальным усилителем.Дифференциальныйоперационный усилитель – универсальный и наиболее широко применяемый тип ОУ.
Чтобы уменьшить затраты,выпускают специализированные усилители, имеющие ограниченную область примененияиз-за того что присутствует всего один вход, но в них лучшее сочетаниефункциональных возможностей стоимости.
/>
Рис.1.4
Разностный усилитель – этоусилитель в котором выходное напряжение пропорционально разности входныхсигналовUвх1 и Uвх2. Разностный усилитель на ОУявляется совокупностью инвертирующего и неинвертирующего усилителей.Uвыхразностного усилителя:
Uвых = Коу(Uвх+ — Uвх-) (3)
Для частного случая при R2 = R3получаем:
Uвых = Uвх2 – Uвх1 (4)
Это выражение объясняетпроисхождение названия и назначение разностного усилителя. Если подать на обавхода разностного усилителя одинаковое напряжение, то на выходе получимнапряжение равное нулю, такие входные напряжения называют синфазнымиUсс. Синфазный сигнал это среднее значение двух входныхнапряжений.
Uсс = (Uвх1 + Uвх2)/2 (5)
Если напряжение входа одинравняется напряжению входа 2 которое отрицательное, то напряжение синфазногосигнала равно нулю.
Разностный усилители частоназывают дифференциальным из-за того что усилитель разности усиливает толькоразностный (дифференциальный) сигнал. Дифференциальным сигналом называетсяразность двух входных напряжений.
Uдс = Uвх2 – Uвх1.
Синфазный сигнал в разностномусилителе на ОУ при одинаковой полярности входных напряжений увеличивает ошибкуусилителя. Недостатками рассмотренного усилителя мы можем отнести трудность врегулировании коэффициента усиления и разную величину входных сопротивлений.Помехи на входах синфазны, поэтому не усиливаются, а ошибка увеличивается иуменьшить её можно, если выбрать ОУ с полевыми транзисторами или использоватьразличные схемные решения.
Входные сопротивления повходам определяется
Rвх.инв. = R1 + Rвх.оу* Rос/Rвх.оу (1+Киоу)+Rос (6)
Rвх.неинв. =Rвых.оу/γос=Rвых.оу/Киоу*Киинв. (7)
что ведет к ошибке Uвых
Uвых.ош = Uсм.(1 + |Ки инв.|)+ Iраз.Тос max*Rос, (8)
Можно значительно уменьшить,выбрав ОУ с полевыми транзисторами или использовать другие схемные решения.
Коэффициент передачидифференцирующего усилителя определяется:
К(jω) = Uвых/ Uвх =jωτ= К(ω) е jφ(ω)
где К(ω) =ωτ – амплитудно-частотная характеристика;
φ(ω) =π/2 – фазово-частотная характеристика коэффициента передачи.
Выходное напряжение определяется:
Uвых = — Киинв* Uвх1 + К инеинв. * Uвх2 * R3/R3 + R2 = -Rос/R1* Uвх1 + R1 + Rос/ R1 * R3/R3 + R2 * Uвх2; (9)
Помехи на входах синфазны,поэтому не усиливаются.
К'инв. = Кинв -1/2ˆКинв.(10)
К'неинв. = Кнеинв+1/2ˆКнеинв. (11)
тогда коэффициент ослаблениясинфазного сигнала
Кос.сф = (1 + Кu)Кu/ˆКu.(12)
2. КОМПЕНСАЦИОННЫЙСТАБИЛИЗАТОР
Стабилизатором напряженияназывается устройство, поддерживающие автоматически и с требуемой точностьюнапряжение на нагрузке при изменении дестабилизирующих факторов в обусловленныхпределах. Основным источником питания электронных устройств в настоящее времяявляются выпрямительные устройства, преобразующие переменный ток в ток одногонаправления, называемый выпрямленным. Постоянное напряжение или ток, получаемыеот выпрямителей, по различным причинам могут изменяться, что может нарушитьнормальную работу различных устройств, питание которых осуществляется отвыпрямительных устройств. Основным причинами нестабильности является изменениенапряжения сети и изменение тока нагрузки. Для обеспечения постоянногонапряжения на сопротивлении нагрузки применяют стабилизаторы напряжения.
Существует двапринципиально разных метода стабилизации напряжения: параметрический икомпенсационный. Сущность компенсационного метода стабилизации сводится кавтоматическому регулированию выходного напряжения. В компенсационныхстабилизаторах производится сравнение фактической величины входного напряженияс его заданной величиной и в зависимости от величины и знака рассогласованиямежду ними автоматически осуществляется корректирующее воздействие на элементыстабилизатора, направленное на уменьшение этого рассогласования.
2.1 Выбор и анализструктурной схемы
Основными параметрами,характеризирующими стабилизатор, являются:
1. Коэффициентстабилизации, представляющий собой отношение относительного изменениянапряжения на входе к относительному изменению напряжения на выходе стабилизатора.
Kсти = DUвх / Uвх: DUвых / Uвых, (13)
где: Uвх и Uвых — номинальное напряжение на входе и выходе стабилизатора.
DUвх и DUвых — изменениенапряжений на входе и выходе стабилизатора.
Коэффициенты стабилизациислужат основными критериями для выбора рациональной схемы стабилизации и оценкиее параметров.
2. Выходноесопротивление, характеризующее изменение выходного напряжения при изменениитока нагрузки и неизменном входном напряжении.
Rвых = DUвых / DIвых, при Uвх= const. (14)
3. Коэффициент полезного действия,равный отношению мощности в нагрузке к номинальной входной мощности.
h = Uвых ´ Iвых / Uвх ´ Iвх. (15)
4. Дрейф (допустимаянестабильность) выходного напряжения. Временной и температурный дрейфхарактеризуется величиной относительного и абсолютного изменения выходногонапряжения за определенный промежуток времени или в определенном интервалетемператур.
Схемыкомпенсационных стабилизаторов постоянного напряжения бывают последовательного(рис.2.1) и параллельного (рис.2.2) типов.
/>
Рис. 2.1.
/>
Рис.2.2.
Различие приведенных схемсостоит в следующем. В последовательных стабилизаторах напряжение нарегулирующем элементе возрастает при увеличении напряжения на нагрузке, а токприблизительно равен току нагрузки. В параллельных стабилизаторах напряжение нарегулирующем элементе не зависит от входного напряжения, а ток находится впрямой зависимости от напряжения на нагрузке.
Стабилизаторыпараллельного типа имеют невысокий КПД и применяются сравнительно редко. Длястабилизации повышенных напряжений и токов, а также при переменных нагрузкахобычно применяются стабилизаторы напряжения последовательного типа. Ихнедостатком является то, что при коротком замыкании на выходе к регулирующемуэлементу будет приложено все входное напряжение. Это обстоятельство необходимоучитывать при эксплуатации стабилизатора.
2.2 Разработкапринципиальной электрической схемы
В соответствии с выбраннойструктурной схемой (рис.2.1) составляем приблизительную схему компенсационногостабилизатора напряжения. После проведения расчета, данная схема будетдоработана. Только после полного расчета режимов работы и выбора элементовможно составить окончательный вариант схемы электрической принципиальнойкомпенсационного стабилизатора напряжения.
3. РАСЧЕТ СХЕМЫЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ РАЗНОСТНОГО УСИЛИТЕЛЯ
/>
Рис.3.1 Схема вычитателя
РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ
3.1 Исходные данные
Тип ОУ К140УД9
/>;
/>;
Rн = 15кОм;
/>;
/>;
/>
/>;
/>;
/>
Расчет выходного каскада.
1. Величинурезистора обратной связи [Ом]:
/>
2. Учитываясогласованное включение каскада принимаем [Ом]:
/>/>,
Отсюда
/>
определяем
/>.
3. Определяемвеличину резистора />[Ом]:
/>;
/>
4. Так как длярасчета /> используетсяметод суперпозиций, то для симметричной структуры можно принять
/>.
5. Определяемкоэффициенты усиления по входам
/>
6. Входныесопротивления по входам /> и />[Ом]:
/>
7. Корректируемвеличину />,[Ом]:
/>/>;
/>
8. Определяемвходные токи [А]:
/>
/>
где />;
/>,
/>
9. Так каксимметричный вход создан двумя неинвертирующими усилителями ОУ/>и ОУ/>, то
/>
где />
a-коэффициент деления потенциометра, а=0,2 – 0,5
10. Коэффициентослабления синфазного сигнала
/>,
где
/>
11. Найдем изменение /> при допустимомизменении (/>%)напряжения питания [В]:
/>
где /> для ОУ=60 (=/>) т.е.
/>,
/>.
12. Определим ошибкувыходного напряжения от дестабилизационных факторов [В]:
/>
/> в данном устройстве =0
/>=/>
/>/>/>
Дрейф, приведенный ковходу усилителя
/>
13. Определимотносительное изменение коэффициента усиления при изменении температуры на />
/>
где обычно для ОУохваченных ОС
/>
14. Определим общуюстатическую погрешность вычитателя:
/>
где
/>[В].
4. РАСЧЕТ СХЕМЫЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ КОМПЕНСАЦИОННОГО СТАБИЛИЗАТОРА. РАСЧЕТКОМПЕНСАЦИОННОГО СТАБИЛИЗАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ
4.1 Выбираем транзистор КТ343В
h21=40
Uкэ нас=0,7 В
Uкэ мах=5 В
Ркмах=0,25 Вт
In=50 mA
4.2Рассчитываем величину балластного сопротивления Rб:
Rб=/>
гдеток через стабилитрон лежит в пределах Icт мах
Iб≈Iэ/ h21=0.03/40=0,00075 (А),а UVD=Uвых–Uэб =5.4–0,7=4.7 (В)
Режимработы транзистора выбираем так, чтобы он был не полностью открыт напряжением Uэб=0,7 В. Выбираем стабилитрон 1N4757A:
Icтмах=90 мА
Icтмin=10 мА
Uст=50 В
rдиф=30 Ом
Учитываяусловие Icт мах
Rб=(5.4-4.7)/(0.05+0.00075)= 13.79 (Ом)
4.3Вычисляем максимальное рабочее напряжение Uкэpи максимальную мощность которую должен рассеивать транзистор Pкp
Uкэ p=Uвх– UVD=5.4-4.7=0.7 В
Pкp= Uкэ p·Iнмах
где Iн мах= Iн имп, с учетом того, что Iн имп – это ток нагрузки, изменение которого в импульсе Iнимп =0.045 А, тогда
Pкp=0,7*0.045=0.0315 Вт
и т. к. условие Pкp
Кстб=dUвх/Uвх:dUвых/Uвых= 0,54/5,4=10
Анализошибок
Качество работы разностного усилителяво многом зависит от разброса параметров электронных компонентов, входящих вего состав. Во многом это связано с невозможностью изготовления компонентов содинаковыми параметрами. Сильное влияние на разброс параметров оказываетколебания температуры окружающей среды и температуры мощности рассеивания этихэлементов. С целью уменьшения колебаний параметров от температуры мощностирассеивания для элементов высокой мощности устанавливаются радиаторы.
Заключение
Курсовой проект выполнен в соответствии с заданием напроектирование, и полученные результаты удовлетворяют требованиям действующихГОСТов на радиоаппаратуру. По результатам проверки и анализа работы схемывидно, что данная схема отличается высокой работоспособностью. В данный моментнаиболее перспективно использование разностных усилителей на базе ИМС, так какэто снижает затраты на монтаж, уменьшает энергоемкость стабилизатора, уменьшаетего габаритные размеры, что сказывается на стоимости устройства. В данной схемевозможно установить элементы индикации о состоянии регулирующего элемента, оперегрузке компенсационного стабилизатора, о наличии питающего напряжения.Кроме вышеперечисленного возможно установить в схеме тепловую защитурегулирующего элемента. При выборе элементной базы производился сравнительныйанализ отечественного и импортного ассортимента радиоэлементов. Анализпроводился по качественным, технологическим и экономическим показателям. Вбольшинстве случаев предпочтение было отдано в пользу отечественныхкомпонентов.
Список источников
1. Карпенко П.Ф. Источники питания.Схемотехника компенсационных стабилизаторов напряжения. Методические указания.- Краснодар: изд.КПИ, 1992.
2. Горбачёв Г.Н., Чаплыгин Е.Е.Промышленная электроника. — М.: Энергоатомиздат, 1998.
3.Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: в 3-х томах: Т. 1. Пер. с англ.–4-е изд. перераб. и доп. – М.: Мир, 1993.
4. Аналоговая схемотехника.Методические указания по курсовому проектированию для студентов специальности7.090803 «электронные системы» / Сост. В.И. Тараканов, Н.Е. Дубровина, –Запорожье: Изд-во ЗГИА, 2003. – 43 с.