Проектирование усилительного устройства.

Кафедра Электротехники

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «Электротехника и электроника»

Тема: Разработка и расчет электронного устройства

 

 

	Преподаватель
	_______________________________ (дата    оценка роспись )
	Выполнила

Красноярск, 2008 год

Задание:

 

1. Выбрать и рассчитать схему усилительного устройства, описать принцип ее работы.

Дано:

- Напряжение генератора, Е_г                                 0, 25 В;

- Сопротивление генератора, R_г                             1 кОм;

- Сопротивление нагрузки, R_н                                40 Ом;

- Мощность нагрузки, Р_н                                        0, 5 Вт;

- Тип фильтра                                                         ППФ;

- Тип аппроксимации фильтра                               Баттерворта;

- Порядок фильтра                                                  4;

- Нижняя частота пропускания фильтра, f_н                 95 Гц;

- Верхняя частота пропускания фильтра, f_в         105 Гц;

 

2. Произвести выбор и расчет блока питания для электронных устройств, описанных в первых двух частях.

Содержание

 

	Реферат	4
1	Проектирование усилительного устройства
1.1	Структурная схема усилителя	5
1.2	Определение основных параметров усилителя	5
1.3	Выбор схемы входного каскада (ВК)	6
1.4	Выбор и расчет параметров усилителя напряжения (УН)	6
1.5	Выбор схемы и расчет параметров активного фильтра (АФ)	7
1.6	Выбор схемы и расчет усилителя мощности	10
1.7	Описание схемы	12
2	Проектирование источника питания
2.1	Исходные данные для расчета	14
2.2	Выбор стабилизаторов	14
2.3	Расчет выпрямителей	14
2.4	Расчет силового трансформатора	16
	Библиографический список	19
	Приложение 1	20

 

Реферат

В данной курсовой работе необходимо спроектировать усилительное устройство и источник питания.

В первой части работы описан расчет и подборка микросхем для проектирования усилительного устройства.

Во второй части работы описаны расчет выпрямителей, силового трансформатора и выбор стабилизатора для проектирования источника питания.

Всего в данной курсовой работе используется 3 таблицы, 58 вычислительных формул, 10 рисунков, 1 приложение.

Для написания программного кода к вычислению сложной вычислительной формуле использовался язык Pascal.

 

Проектирование усилительного устройства.

Структурная схема усилителя

Исходными данными для разработки усилителя являются: ЭДС источника сигнала – Е_г; его внутреннее сопротивление – R_г; мощность в нагрузке – Р_н; наличие в составе усилительного устройства фильтра заданного порядка и аппроксимации с требуемыми частотными характеристиками.

Рисунок 1 - Структурная схема усилительного устройства.

 

- Входной каскад (ВК) предназначен для согласования источника сигнала с усилительным устройством.

- Усилитель напряжения (УН) усиливает входной сигнал до необходимого уровня.

- Активный фильтр (АФ) формирует заданную частотную характеристику устройства.

- Усилитель мощности (УМ) служит для создания в нагрузке требуемой мощности усиливаемого сигнала.

 

Определение основных параметров усилителя

Прежде всего по исходным данным необходимо определить основные параметры усилительного устройства:

- входное сопротивление усилителя R_вх, которое нужно оптимальным образом согласовать с источником сигнала:          

                             R_вх=(10-100)R_г                                                          (1)

R_вх=50·1000=50 кОм.

где R_г - внутреннее сопротивление источника сигнала, Ом;

 

- действующее значение напряжения в нагрузке - U_н. и общий коэффициент усилителя устройства по напряжению - K_u определяются по формулам: K_u=U_н/E_г, где U_н  имеем

K_u /E_г                                                                                              (2)

K_u=√ 0, 5·40/0, 25=9,

где E_г- ЭДС источника сигнала, В;

P_н- мощность нагрузки, Вт;

R_н- Сопротивление нагрузки, Ом

Поскольку K_u < 10, то усилитель напряжения из схемы можно исключить, а требуемое усиление получить в усилители мощности.

 

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;

 

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;

 

Выбор стабилизаторов

Стабилизаторы будем выбирать для U₁, U₂.

Принимаем относительное отклонение напряжения сети а_мин=0, 1.

Выбираем стабилизатор [2, таблица 7, стр. 43], для U₁ и U₂ выбираем КР142ЕН2Б (U_{пад.мин}=4В, I_наг=0, 15А, I_п=4мА ), для U₃ К142ЕН1Б (U_{пад.мин}=4В, I_наг=0, 15А, I_п=4мА )

Определяем минимальное входное напряжение стабилизатора:

                                            U_вх.мин=U_вых+U_{пад.мин};                                       (36)

где U_{пад.мин}- минимальное допустимое падение напряжения между входом и выходом стабилизатора, В;

U_{вх.мин 1}=12+4=16 В; U_{вх.мин 3}=5+4=9 В;

U_{вх.мин 4}=15+4=19 В;

С учетом возможного уменьшения напряжения в сети:

                                             U_вх=U_вх.мин/(1-а_мин);                                        (37)

U_вх.1=16/(1-0, 1)=17, 8 В, U_вх.3=9/(1-0, 1)=10 В;

U_вх.1=19/(1-0, 1)=21, 1 В.

 

Расчет выпрямителей

Выбираем мостовую схему со средней точкой.

Определяем сопротивления трансформатора:

 

                 r_тр=K’·(U₀·J/(I₀·f_с·B))·⁴√ ((f_с·B·J)/(1, 6·U₀·I₀));                   (38)

где K’- расчетный коэффициент, принимаем K’=2, 3;

J – плотность тока в обмотках трансформатора, принимаем J=3, 4А/мм²;

     f_с- частота сети, f_с=50 Гц;

     В- магнитная индукция в сердечнике, принимаем В=1, 1Тл;

     I₀- ток нагрузки, А;

   U₀- номинальное выпрямленное напряжение, В;

 

r_тр.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;

r_тр.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;

r_тр.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;

r_тр.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 (I_вп.мах=30мА, U_{обр.мах}=30 В, U_пр=2 В);

2. Выбираем выпрямительный блок типа КЦ405Е (I_вп.мах=1000мА, U_{обр.мах}=100В, U_пр=1 В);

3. Выбираем четыре диода типа Д103 собранные по мостовой схеме (I_вп.мах=30мА, U_{обр.мах}=30 В, U_пр=2 В);

4. Выбираем четыре диода типа Д103 собранные по мостовой схеме (I_вп.мах=30мА, U_{обр.мах}=30 В, U_пр=2 В);

 

Определяем сопротивление вентиля, для выбранных схем:

 

                                             r_I=2·U_пр/3·I_о;                                               (39)

                                                r_в=r_I+r_тр;                                                   (40)

 

r_I1=2·2/3·0, 034=39, 2 Ом, r_в1=277, 5+39, 2=316, 5 Ом;

r_I2=2·1/3·0, 48=1, 4 Ом, r_в2=3, 9+1, 4=5, 3 Ом;

r_I3=2·2/3·0, 034=39, 2 Ом, r_в3=180, 1+39, 2=219, 3 Ом;

r_I4=2·2/3·0, 034=39, 2 Ом, r_в4=408, 5+39, 2=447, 7 Ом;

 

Находим коэффициент А по формуле:

                                А=(π ·I_о·r_в)/(2·м·U₀);                                                (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·r_в·f_с·К_п;                               (42)

где К_п- коэффициент пульсации, принимаем К_п=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.

Приложение 1

 

Текст программы для расчета коэффициента а, при проектирование полосового фильтра.

 

Program filtr;

uses

CRT;

Var

f1, f2, f0, a, b, c, W, p: real;

i: integer;

Begin

 ClrScr;

 Write ('Введите коэффициент b= ');

 readln (b);

 Write (''Введите коэффициент c= ');

 readln (c);

Write ('Введите нижнюю частоту пропускания f1= ');

 readln (f1);

Write (''Введите верхнюю частоту пропускания f2= ');

 readln (f2);

Writeln;

 f0: =(f1+f2)/2;

 W: =(f2-f1)/f0;

 For i: =1 to 20000 do begin

 a: =i/10000;

 p: =(a*a)+(sqr((a*W*b)/(c*(1+a*a))))+(1/(a*a))-2-((W*W)/c);

 if p< 0.0001 then break;

 end;

 Writeln ('Средняя частота диапазона', f0: 3: 2);

 Writeln;

 Writeln ('Относительная полоса пропускания', W: 3: 2);

 Writeln;

 Writeln ('Коэффициент a', a: 2: 5);

 ReadKey;

end.

Кафедра Электротехники

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «Электротехника и электроника»

Тема: Разработка и расчет электронного устройства

 

 

	Преподаватель
	_______________________________ (дата    оценка роспись )
	Выполнила

Красноярск, 2008 год

Задание:

 

1. Выбрать и рассчитать схему усилительного устройства, описать принцип ее работы.

Дано:

- Напряжение генератора, Е_г                                 0, 25 В;

- Сопротивление генератора, R_г                             1 кОм;

- Сопротивление нагрузки, R_н                                40 Ом;

- Мощность нагрузки, Р_н                                        0, 5 Вт;

- Тип фильтра                                                         ППФ;

- Тип аппроксимации фильтра                               Баттерворта;

- Порядок фильтра                                                  4;

- Нижняя частота пропускания фильтра, f_н                 95 Гц;

- Верхняя частота пропускания фильтра, f_в         105 Гц;

 

2. Произвести выбор и расчет блока питания для электронных устройств, описанных в первых двух частях.

Содержание

 

	Реферат	4
1	Проектирование усилительного устройства
1.1	Структурная схема усилителя	5
1.2	Определение основных параметров усилителя	5
1.3	Выбор схемы входного каскада (ВК)	6
1.4	Выбор и расчет параметров усилителя напряжения (УН)	6
1.5	Выбор схемы и расчет параметров активного фильтра (АФ)	7
1.6	Выбор схемы и расчет усилителя мощности	10
1.7	Описание схемы	12
2	Проектирование источника питания
2.1	Исходные данные для расчета	14
2.2	Выбор стабилизаторов	14
2.3	Расчет выпрямителей	14
2.4	Расчет силового трансформатора	16
	Библиографический список	19
	Приложение 1	20

 

Реферат

В данной курсовой работе необходимо спроектировать усилительное устройство и источник питания.

В первой части работы описан расчет и подборка микросхем для проектирования усилительного устройства.

Во второй части работы описаны расчет выпрямителей, силового трансформатора и выбор стабилизатора для проектирования источника питания.

Всего в данной курсовой работе используется 3 таблицы, 58 вычислительных формул, 10 рисунков, 1 приложение.

Для написания программного кода к вычислению сложной вычислительной формуле использовался язык Pascal.

 

Проектирование усилительного устройства.

Структурная схема усилителя

Исходными данными для разработки усилителя являются: ЭДС источника сигнала – Е_г; его внутреннее сопротивление – R_г; мощность в нагрузке – Р_н; наличие в составе усилительного устройства фильтра заданного порядка и аппроксимации с требуемыми частотными характеристиками.

Рисунок 1 - Структурная схема усилительного устройства.

 

- Входной каскад (ВК) предназначен для согласования источника сигнала с усилительным устройством.

- Усилитель напряжения (УН) усиливает входной сигнал до необходимого уровня.

- Активный фильтр (АФ) формирует заданную частотную характеристику устройства.

- Усилитель мощности (УМ) служит для создания в нагрузке требуемой мощности усиливаемого сигнала.

 

12Следующая ⇒

Поделиться: