КР Измерительный усилитель постоянного напряжения

4 Расчет принципиальной схемы источника питания устройства

Рассчитаем источник питания для нашего устройства. Так как это измери­ тельный усилитель постоянного напряжения, то для питания всего устройства необходимо достаточно стабильное напряжение, потому что неидеальность ис­ точника питания может повлиять на режимы работы всего устройства в целом. Для питания устройства (а именно входящих в него операционных усилителей) требуется постоянное напряжение. Так как по техническому заданию для пита­ ния используется электрическая сеть 220 В, +10%, -15%, 50 Гц, то напряжение необходимо выпрямить для получения постоянного напряжения.

Обобщенная структурная схема источника питания представлена на рисун­ ке 4.1.

Выпрямительная схема

Рисунок 4.1 - Обобщенная структурная схема источника питания

Трансформатор необходим для преобразования первичного высокого на­ пряжения в более низкое, а также для развязки цепи. Диодная схема служит для выпрямления напряжения, т.е. получения из переменного напряжения на выхо­ де трансформатора в напряжение одной полярности. Таким образом, эти 2 функциональных блока образуют выпрямительную схему. Сглаживающий фильтр необходим для ослабления пульсаций, т.е. уменьшения переменных со­ ставляющих в выпрямленном напряжении. Он, как правило, выполняется в ви­ де схемы, включающей в себя стабилизатор напряжения, который необходим для искл: чепия изменения напряжения, связанного с нестабильностью питаю­ щей сети.

4.1 Расчет стабилизаторов напряжения

Рассы.таем сначала суммарный ток, потребляемый нашим устройством. Он включает в себя токи потребления активных элементов - операционных усили­ телей. Таким образом:

где /пр о - ток питания прецизионных усилителей, находящихся во входном усшит. е.ш и в фильтре нижних частот, /ум - ток питания усилителя мощности, /н - за.ышпый ток нагрузки. Берем максимально возможные токи, заданные в спецификации элементов:

Возьмем максимальный ток 2А, чтобы обеспечить все режимы работы уст­ ройства.

Напряжение питания всех операционных усилителей можно взять 20 В. Это позволит избежать использования нескольких стабилизаторов напряжения и уменьшить габариты устройства.

Выберем стабилизаторы LM317K для положительного напряжения и LM337K для отрицательного напряжения. Данные стабилизаторы представляют собой регулируемые стабилизаторы, которые используют только два внешних резистора для задания выходного напряжения. Эти стабилизаторы имеют все доступные средства защиты от перегрузки, включая схемы ограничения тока, защиты от перегрева и защита выхода из области безопасной работы.

Максимальный выходной ток стабилизаторов составляет, соответственно, 2 А и -2 А. При этом у обоих из них максимальная мощность рассеивания со­ ставляет 20 Вт, выходное напряжение измеряется в достаточно широких преде­ лах (до 37 В), а падение напряжения составляет 3 В. Рабочая температура со­ ставляет 0...125 °С, что соответствует техническому заданию.

Схема подключения стабилизатора напряжения изображена на рисунке 4.2.

Выберем значения емкости накопительных конденсаторов из стандартного ряда номиналов: С\ = С2= С3 = С4 = 10 мкФ.

Рассчитаем теперь значения сопротивлений, входящих в данную схему. Из спецификации на стабилизаторы известно, что:

Лист

Учтем, что мостовая схема выпрямления с нулевой точкой должна разде­ лять наше вторичное напряжение на 2 симметричных напряжения, поэтому на­ пряжение вторичной обмотки трансформатора необходимо взять вдвое больше расчетного. Таким образом, необходим трансформатор со вторичным напряже­ нием порядка 68 В.

Выберем трансформатор ТА178. Его характеристики представлены в табли­ це 4.2.

Таким образом, при подключении к 11-12-13-14-15-16-21-22 обмоткам мы будем иметь напряжение 68 В. Для включения в сеть 220 В выводы 2 и 8 со­ единяют перемычкой (первичные обмотки включают последовательно), а вы­ воды 1 и 6 подключают к сети.

Также необходимо позаботиться о защите от слишком большого тока, по­ этому поставим на вход трансформатора предохранитель примерно на 3 рабо­ чих тока, т.е. на 6А. Во входную цепь также нужно установить переключатель, для того, чтобы можно было легко включить и выключить прибор.

Схема принципиальная электрическая всего устройства вместе с источни­ ком питания приведена в приложении А.

Чертеж корпуса устройства приведен в приложении В.

Лист

Заключение

В результате выполнения данного курсового проекта мы закрепили матери­ ал лекционного курса по данному предмету на практике, ознакомились с неко­ торыми правилами и методами выбора элементов и построения электрических схем. Немало времени было посвящено разработке источника питания и анали­ зу вариантов их построения. Был приобретен опыт работы с технической лите­ ратуры при выборе вариантов реализации устройства. Мы убедились, что суще­ ствует большое множество решений поставленной задачи, а работа инженера состоит в поиске оптимального варианта по какому-либо критерию. С помо­ щью вспомогательных программ мы увидели работу модели данной схемы. Ре­ зультатом проделанной работы является принципиальная схема измерительно­ го усилителя постоянного напряжения с характеристиками, указанными в тех­ ническом задании.

Лист

Библиографический список

1.Алексенко, А.Г. Применение прецизионных аналоговых ИС / А.Г. Алек­ сенко, Е.А. Коломбет, Г.И. Стародуб. М.: Радио и связь, 1981.

2.Джонсон, Д. Справочник по активным фильтрам / Д. Джонсон, Дж. Джонсон, Г. Мур. М.: Энергоатомиздат, 1983.

3.Интегральные микросхемы: Микросхемы для импульсных источников питания и их применение. Издание 2-е. - М.: ДОДЭКА, 2000.

4.Руководство к курсовому проектированию по электронным устройствам автоматики: методические указания / А.Е. Гудилин, О.Н. Казьмин и др.; Под ред. О.Н. Казьмина. - Челябинск: ЮУрГУ, 1985.

5.Китаев, В.Е. Расчет источников электропитания устройств связи / В.Е. Китаев, А.А. Бокуняев, М.Ф. Колканов. М.: Радио и связь, 1993.

6.Москатов, Е. А. Справочник по полупроводниковым приборам. Издание

2.- Таганрог.

7.Пейтон, А.Дж. Аналоговая электроника на операционных усилителях / А.Дж. Пейтон, В.М. Волш: Бином, 1994.

8.Хоровиц, П. Искусство схемотехники / П. Хоровиц П, У. Хилл. М.: Мир,

1985.

9.Справочник по полупроводниковым диодам и транзисторам. Издание 2-е. Под ред. Н.Н. Горюнова. - М.: «Энергия», 1968.

Лист

ЮУрГУ-22020062.2012.616. ПЗ