Курсовая работа усилительные устройства и электроника

Расчёт режима работы и выбор элементов для источника опорного напряжения

Источник опорного напряжения представляет собой простейший параметрический стабилизатор, выполненный на элементах R6VD5. Нагрузкой его является инвертирующий вход микросхемы DA, следовательно, режим работы источника должен быть таким, чтобы ответвление тока на вход микросхемы не влияло на этот выбранный режим, т.е. I_ст>>I_{вх оу}. Исходя из этого условия, предварительно принимаем

I_ст≈10*I_{вх оу}, I_ст≥10*0,7=7 мА.
Вторым условием выбора стабилитрона является то обстоятельство, что напряжение его стабилизации должно соотноситься с заданным максимальным выходным напряжением всего стабилизатора следующим образом
U_вых=U_ст*K_д,
где K_д=(R7+R8+R9)/(R8+R9) – коэффициент деления делителя выходного напряжения всего стабилизатора. Принимая K_д=1,1, получаем U_ст≤U_{вых мин}/K_д=5,9/1,1=5,4 В. Полученным требованиям удовлетворяет стабилитрон КС-156 с параметрами: U_ст=5,6 В, I_{ст мин}=3 мА, I_{ст макс}=55 мА. Принимая I_ст≥I_{ст мин}=2I_{ст мин}=2*3=6 мА, получаем ток источника опорного напряжения I_оп=10 мА. Исходя из полученного тока, находим
U_{мин R6}=U_{вых мин}-U_ст=5,9-5,6=0,3 В. Тогда R6=U_R6/I_R6=U_R6/I_д=0,3/10*10^-3=30 Ом.
По ГОСТ принимаем R6=30 Ом.


Определение параметров измерительного органа
Измерительный орган выполнен на элементах R7R8R9. Принимаем общий ток делителя с учётом входного тока операционного усилителя I_ио>>I_{вх оу}. Принимаем этот ток равным 10 мА. Тогда общее суммарное сопротивление всех резисторов делителя должно быть равно R_∑=U_{вых мин}/I_ио=5,9/(1*10^-2)=590 Ом. Так как ранее было определено, что коэффициент деления делителя К_д=1,1, то из условия К_д=( R7+R8+R9)/(R8+R9) находим
R8+R9=R_∑/К_д=590/1,1=536,4 Ом. Тогда R7=R_∑-(R8+R9)=590-536,4=53,6 Ом.
Принимая R9=R7=54 Ом, находим R8=R_∑-(R7+R9)=590-(54+54)=482 Ом.
По ГОСТ принимаем: R7=R9=55 Ом, R8=500 Ом.

Выбор транзисторов для усилителя постоянного тока (VT2VT3).
Так как выходной ток УПТ является током базы силового транзистора VT1, то он будет равен I_{бVT1 макс}=I_{к макс}/β₁=3,4/20=0,17 А. Зная максимальный ток коллектора VT3
I_{кVT3 макс}=I_{бVT1 макс}=0,17 А
и максимально возможное напряжение на нём, не превышающее U_{п макс}=32,4 В, выбираем в качестве VT3 транзистор КТ608А.
Для него U_{кэ макс}=60 В,I_{к макс}=0,4 А, β=40-160.
При этом условии I_бVT3=I_кVT3/ β₃=0,17/40=0,00425 А (4,25 мА).
Исходя из полученных расчётов, коэффициент усиления транзистора VT2 должен быть равен не менее β₂≥I_к2/I_б2=I_бVT3/I_{вых оу}=4,25/1,5=6,4≥5.
Выбираем в качестве VT2 транзистор КТ315И, для которого U_{кэ макс}=60 В, I_{к макс}=50 мА, β=30.

2.4.7. Определение коэффициента полезного действия стабилизатора напряжения в предельных режимах его работы.
Коэффициент полезного действия стабилизатора напряжения определяется выражением
η=P_н/P_вх=U_н*I_н/(U_вх*I_н)=U_н/U_вх,
где U_н и I_н — напряжение и ток в нагрузке (на выходе стабилизатора). Предельными режимами работы стабилизатора являются:
1) При максимальном U_вх и минимальном U_вых,
2) При минимальном U_вх и максимальном U_вых.
Для первого случая получим η_мин=U_{н мин}/U_{вх макс}=5,9/21,6=0,27.
Для второго случая η_макс=U_{н макс}/U_{вх мин}=14,1/21,6=0,65.
Таким образом, во всём диапазоне изменения входного и выходного напряжений КПД будет находиться в пределах η=0,27-0,65.

ЛИТЕРАТУРА

1. Электротехника и Электроника . под ред. Проф. Герасимова В.Г., книга 3. М. Энергоатомиздат, 2001г.
2. Касаткин А.С. Немцов М.В. Электротехника. М. Энергоатомиздат. 2006г.
3. Девочкин О.В., Прохоров В.П. и др. Электротехника и электроника. М., МГМУ, «МАМИ», 2014г. с. 22.
3. Прохоров В.А. Элементы и узлы полупроводниковых преобразователей. М., МГТУ «МАМИ» 2003г.
4. Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам., Н.Н. Горюнов, М., Энергия, 1986г. 903с.
5. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника. Учебное пособие для приборостроительных специальностей вузов. 2-е издание. М., Высшая школа 1991г.