Разработка принципиальной схемы

 

Регулирование параметров

 

В данной схеме регулировке подлежат три параметра: U_зап, (U_вых) _m и T₁.

Для регулировки периода сигнала Т₁ введем делитель опорного напряжения для интеграторов в генераторе пилообразного сигнала.

Если принять пороговое напряжение на компараторах 3В, а постоянная времени интегратора равна 1, то получим, что опорное напряжение интегратора должно регулироваться в пределах (1¸3) В.

 

Для получения данного напряжения из напряжения питания применим обычный делитель напряжения, так как источник питания имеет стабилизатор.

 

 

Примем R5 = 1.2 кОм, R6 = 200 Ом, R7 = 100 Ом. Получим: в нижнем положении движка резистора R6,  В верхнем положении движка:  Ток через делитель  значительно больше, чем ток протекающий через интегратор, поэтому током интегратора можно пренебречь.

Для регулирования U_зап на выходе генератора синусоидального напряжения следует поставить аттенюатор, представляющий собой инвертирующую схему включения ОУ, c коэффициентом передачи  (инверсия не принципиальна, так как сигнал синусоидальный) представленный на рис.5. Применив переменный резистор R22, получим возможность регулирования амплитуды сигнала от 0 до . Если R22=200 Ом, то R21=1 кОм.

 

 

 

 

Для регулировки амплитуды пилообразного напряжения (U_вых) _m можно воспользоваться тем же подходом при суммировании сигналов с двух интеграторов. Схема сумматора отображена на рис.6. Коэффициент суммирования такого сумматора , где i - номер входа. В нашем случае R15=6,8 кОм, R13=R12=R14=2 кОм. В этом случае максимальная амплитуда сигнала на выходе будет равна 10В, а минимальная - 0.

Компаратор

 

 

Компаратор предназначен для сравнивания входного и опорного напряжения, и отображать результат сравнения на выход. Предлагается схема компаратора, приведенная на рис.7.

 

 

Пороговое напряжение компаратора 3В. В данной схеме U_пор=U_оп. Следовательно, U_оп=3В. Резисторы R10=10 кОм, R8=12 кОм, R9=3 кОм.

 

 

 

При U_вх <U_оп, U_вых = U_оп + U_ст, где U_ст - напряжение стабилизации стабилитрона VD4. При U_вх >U_оп, U_вых = U_оп - U_д, где U_д = Sj_к диодов VD1, VD2 и VD3, включенных в обратную связь операционного усилителя DA3.

Для обеспечения U¹_вых = U¹_DA8 = 5В, и U⁰_вых = U⁰_DA8 = 1.5В, возьмем диоды VD1-VD3 Д220, а стабилитрон VD4 КС133Г (U_ст = 3.3В).

Усилитель мощности

 

В данной схеме требуется высоковольтный усилитель мощности, так как максимальное значение сигнала - 80В. ОУ с оконечным каскадом, охваченный цепью ООС, осуществляет предварительное усиление сигнала. Большое усиление в петле ООС позволяет существенно снизить нелинейные и частотные искажения, дрейф нуля, повысить температурную стабильность. На рис.9 показана схема ВУ с двухтактным выходным каскадом.

 

 

 

Стабилизатор напряжения

 

 

Выходное напряжение выпрямительных схем источников электропитания обычно имеет пульсации в несколько вольт, так как емкости накопительных конденсаторов не могут быть выбраны бесконечно большими. Кроме того, выходное напряжение таких схем сильно зависит от колебаний напряжения сети и изменения нагрузки. Для большого напряжения можно использовать схему, увеличивающую эффективную емкость сглаживающего конденсатора С11 (рис.10. а.).

 

 

 

Низковольтный стабилизатор показан на рис.10. б. Применение полевого транзистора вместо биполярного, позволяет значительно увеличить коэффициент усиления, а значит, и повысить стабильность.

Расчет основных блоков

 

Расчет блока питания

 

Блок питания будет иметь первичную и три вторичные обмотки: для питания усилителя мощности напряжением +100В и для питания операционных усилителей двухполярным напряжением ±15В. Максимальные токи в обмотках - для U_п2 = 100В, I_{н. max} = 1А; для U_п1 = 15В, I_{н. max} = 0,1А.

Рассчитаем обмотку трансформатора для напряжения 15В:

Переменное напряжение на вторичной обмотке трансформатора

U_II = A × U_н, в нашем случае А = 0.8, U_н = 15В; U_II = 0.8 × 15 =12В.

Ток через каждый диод

 

I_v = 0.5 × Б × I_{н. max}, Б = 2.4; I_v =0.5 × 2.4 × 0.1 = 0.12А.

 

Емкость сглаживающего конденсатора

 

С6 = 3200×I_{н. max}/U_н×К_п = 3200×0.1/15×0.01 = 2100 мкФ.

 

Значение тока во вторичной обмотке трансформатора

 

I_Н=1.5× I_{н. max}=0.15А.

 

Мощность, потребляемая выпрямителем от вторичной обмотки трансформатора

 

Р_II = U_II×I_II = 12 × 0.15 = 1.8 Вт.

 

Мощность самого трансформатора выпрямителя должна составить

_тр = 1.25 Р_II = 1.25 1.8 == 2.25 Вт.

 

Для трансформатора такой мощности можно использовать магнитопровод с минимальной площадью сечения сердечника:

 

S₁ = 1.3 = 1,3 1,5 = 1,95 см².

 

Для второй обмотки на 15В все параметры те же.

Для обмотки на 100В:

Переменное напряжение на вторичной обмотке трансформатора

U_II = A × U_н, в нашем случае А = 1.7, U_н = 100В; U_II = 1.7 × 100 =170В.

Ток через каждый диод

 

I_v = 0.5 × Б × I_{н. max}, Б = 1.8; I_v =0.5 × 1.8 × 1 = 0.9А.

 

Емкость сглаживающего конденсатора

 

С8 = 3200×I_{н. max}/U_н×К_п = 3200×1/100×0.01 = 3200 мкФ.

 

Значение тока во вторичной обмотке трансформатора

 

I_II=1.5× I_{н. max}=1.5А.

 

Мощность, потребляемая выпрямителем от вторичной обмотки трансформатора

 

Р_II = U_II×I_II = 170 × 1.5 = 255 Вт.

 

Мощность самого трансформатора выпрямителя должна составить

_тр = 1.25 Р_II = 1.25 225 == 320 Вт.

 

Для трансформатора такой мощности можно использовать магнитопровод с минимальной площадью сечения сердечника:

 

S₃ = 1.3 = 1,3 17.9 = 23.25 см².

 

Общая площадь сечения сердечника

 

S = S₁ + S₂ + S₃ = 1.95+1.95+23.25 = 27.15 см².

 

Если подобран магнитопровод с площадью поперечного сечения S = 30 см², в таком случае первичная обмотка будет содержать следующее количество витков:

_I = 50×U_I/S = 50 × 220/30 = 367 витков,

 

а вторичные обмотки

 

W_II1 = 50×U_II1/S = 50 × 12/30 = 20 витков,

W_II3 = 50×U_II3/S = 50 × 170/30 = 283 витка.

 

Диаметр проводов обмоток трансформатора: первичная обмотка - 0.5мм, вторичные обмотки на 15В - 0.1мм, вторичная обмотка на 100В - 0.6мм. Выпрямительные диоды VD16-VD23 - Д226Е, U_{обр max} = 200В, I_пр = 300мА.

 

VD24-VD27 - КД208А U_обр = 100В, I_пр = 1.5А.

Стабилизатор 15В

 

Номинальное выходное напряжение U_вых = 15В. Ток нагрузки I_н = 0.1 А. Возьмем стабилитроны VD14-VD15 КС215Ж U_ст = 15В, при I_ст = 2 мА, I_{ст min} = 0.5мА, I_{ст mах} = 8.3мА. Для обеспечения тока через стабилитрон 2мА R36 = U_вых/I_cт = 15/2 = 7.5 кОм. Выберем полевые транзисторы VT11 - КП903А, VT13 - КП905А.

 

Транзисторы VT10 и VT12:

Тип	структура	(Uкэ) max, В	Iк. max, А	Рк, Вт	b
КТ814А	p-n-p	25	1.5	10	40
КТ815А	n-p-n	25	1.5	10	40

 

Таким образом, транзистор VT10 - KT814A, а транзистор VT12 - KT815A.

Стабилизатор 100В

 

Номинальное выходное напряжение U_вых = 100В. Ток нагрузки I_н = 1А.

Возьмем стабилитрон VD13 КС600А U_ст = 100В, при I_ст = 1.5 мА, I_{ст min} = 1мА, I_{ст mах} = 8.1мА

Резистор R32 обеспечивает ток через стабилитрон VD13 = I_ст. R32 = 1.2/1.5 = 820 Ом.

 

Обозн.	Тип	Структура	(Uкэ) max, В	Iк. max, А	Рк, Вт	b
VT8	KT961A	n-p-n	100	0.5	12.5	40
VT9	2T947А	n-p-n	100	5	200	10

 

Транзисторы VT8, VT9 и резистор R33 = 56 Ом можно рассматривать как составной транзистор. Если емкость С11 = 100 мкФ, то она умножается на коэффициенты усиления транзисторов VT8 и VT9, откуда получим: С = 100×10×40 = 40 000 мкФ.

Интегратор

 

Принципиальная схема интегратора изображена на рис.2. При U_вх = (1¸3) В, Т₁ = (1¸3) с. коэффициент передачи интегратора . Отсюда R1×C1 = 1, выбрав R1 = 1 МОм, а С1 = 1 мкФ, обеспечиваем заданный коэффициент передачи. R2 применяется для компенсации погрешности интегрирования и R2 = R1 = 1МОм.

⇐ Предыдущая12

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: