Разработка нормирующего измерительного усилителя с источником питания и защитой от перенапряжения

Выберем из ряда Е192 номинал резистора R₄=499 Ом.

Резистор R₇ определяем исходя из уровня тока, на котором необходимо ограничить входной сигнал, и порогового напряжения транзисторов VT7 и VT8. Пусть В, а А.

Тогда Ом. Выберем из ряда Е192 номинал R₇=1 Ом. Определим коэффициент частотных искажений.

K(400) = = =0,9999;

 K(10000) = = =0,9989;

Мв вх  = = =1,0001;

 

 

 

 

Выходной усилительный каскад представим как на рисунке 8.

 

Рисунок 8 – Упрощенная схема выходного усилительного каскада

 

 

Исходя из этого, определим дополнительную погрешность коэффициента усиления при подключении нагрузки 15 кОм.

 

,

 

что удовлетворяет ТЗ ΔК_u не более 2 %.

 

 

 

4. Проектирование промежуточной части.

 

Промежуточная часть  выполняется исходя из условий получения требуемого коэффициента усиления.

Выходное напряжение входной части U_{вых вх.ч.}=0,0032 В. Поскольку ОУ выходной части должен иметь выходное напряжение 13 В, а коэффициент усиления равен 1, то выходное напряжение промежуточной части усилителя выбираем равным U_{вых У}= 13 В.

Тогда коэффициент усиления равен

 

.

 

В качестве схемы включения  выбираем инвертирующий усилитель.

 

Рисунок 9 – Усилительный каскад

 

Микросхемы выбираем К140УД26. Технические параметры описаны  в пункте 2.

Для каждого усилителя каскада выбираем коэффициент усиления К=7,98.

Выбираем номиналы R₁=R₄=R₇= R₁₀= 10 кОм.

Тогда ;

 

 

 

Из ряда Е192 выбираем номиналы R₂=R₅=R₈=R₁₁=R₁₄=80,6 кОм, R₃=R₆=R₉=R₁₂=R₁₅=8,98 кОм.

Определим коэффициент частотных искажений.

 

 

Для промежуточной части

 

.

 

Общий коэффициент частотных  искажений

 

.

 

Это удовлетворяет требованиям  ТЗ погрешность коэффициента усиления в полосе рабочих частот не более 2%.

Определим дополнительный фазовый сдвиг в полосе рабочих  частот.

 

 

 

Рисунок 10 – Определение  фазового сдвига

 

Каждый инвертирующий  усилитель дает фазовый сдвиг 180^о. Так как в нашей схеме их 6, то общий фазовый сдвиг на верхней частоте f_в=10 000 Гц равен 0, что удовлетворяет требованиям ТЗ.

 

 

5. Блок защиты от перенапряжения.

Блок защиты от перенапряжения необходим защиты от перенапряжения входного сигнала, подаваемого на измерительный  усилитель, и для защиты от перенапряжения питания элементов усилителя.

защиты от перенапряжения достигается введением во входную  цепь стабилитронов по схеме на рисунке 11.

Рисунок 11. Блок защиты от перенапряжения.

Использование балластного  сопротивления перед стабилитроном нецелесообразно, т.к. источник сигнала не имеет внутреннего сопротивление. Так как не поставили балластное сопротивление, категорически запрещается питающие провода накоротко соединять с «землей» или с корпусом во избежание вывода из строя стабилитронов VD1 и VD2. Выбираем стабилитрон Д815Е.

 

6. Блок питания.

Потребляемая мощность микросхем указана в таблице.

Таблица

Микросхема	Количество	Uпит, В	Iпот, мА	Pпот, мВт
К140УД26	6	±15	4,7 · 6	423
К590КН6	1	±15	3,5 · 1	52,5

 

Суммарная потребляемая мощность:

I_потр = 6·4,47 + 1·3,5 = 30,32 мА.

P_потр = P_микр + P_нагр = 493,5 + 52,5 = 475,5 Вт.

 

В качестве трансформатора выбираем ТПП 248-127/220-50. Его технические  характеристики:

- напряжение вторичных  обмоток 40,40, 20, 20, 4 В;

- ток вторичной обмотки  0,165 А;

- мощность 14,5 ВА.

Для выпрямления выбираем диодный мост КЦ410Г. Его технические  характеристики:

- максимальный прямой  ток 3А;

- обратное напряжение 100 В.

Для стабилизации напряжения выбираем интегральный стабилизатор К142ЕН6. Его технические характеристики:

- входное напряжение  ±20 В;

- выходное напряжение 14,7 - 15,3 В;

- максимальный ток  нагрузки 0,2 А;

- коэффициент сглаживания пульсаций 30 дБ;

- коэффициент нестабильности  по напряжению 0,0015 %;

- коэффициент нестабильности по току 0,2 %.

Схема включения стабилизатора  К142ЕН6 приведена на рисунке 12.

Рисунок 12. Схема включения стабилизатора К142ЕН6.

Номиналы конденсаторов  выбираем по 100 мкФ, рассчитанных на напряжение 47 В в цепях до стабилизатора и на 25 В в цепях после стабилизатора.

 

Заключение.

В данной курсовой работе мною был разработан нормирующий  измерительный усилитель с блоком питания и блоком защиты от перенапряжения. Входным сигналом является ток, выходным сигналом - напряжение. Рассчитаны коэффициент усиления и коэффициент частотных искажений, которые отвечают требованиям ТЗ.

 

Список литературы

 

1. В.Г. Гусев, А.В. Мулик «Проектирование электронных аналоговых измерительных устройств. Учебное пособие» УГАТУ, 1990г.

2. И.П. Достал «Операционные усилители. – М.: Мир» 1982г.

3. Т. М. Агаханян «Интегральные микросхемы. – М.: Энергоатомиздат» 1983г.

4. А.А. Зайцев, А.И. Миркин и др. «Полупроводниковые приборы. Транзисторы малой мощности: справочник – 2-е изд., стереотип. – М.: Радио и связь» 1994.

5. В.Е. Китаев и др. «Расчёт источников электропитания устройств связи», 1993г.

6. Курс лекций по дисциплине «ИИТ и электроника».

7.  Справочное издание  «Интегральные микросхемы. Операционные  усилители. Том1». - М.: ВО «Наука», 1993г.

8. http://www.r3p.ru/

9. http://www.sengpielaudio.com/