Міністерство науки і освіти України
Запорізька державна інженерна академія
ФЕЕТ
Кафедра «Електронні системи»
Пояснювальна записка до курсового проекту
З дисципліни:
Аналогова схемотехніка
На тему:
"Розрахунок різницевого підсилювача (вичітателя) на ОУ"
Виконала: ст. гр. ЕС-05-2д
Киричок Є.В.
Запоріжжя
2008
РЕФЕРАТ
Сторінок-29, малюнків-8, джерел літератури-4.
У курсовому проекті розглядається різницевий підсилювач. Курсовий проект складається з двох частин. У першій частині розраховуємо параметри різницевого підсилювача на операційних підсилювачах. У другій частині розробляємо компенсаційний стабілізатор напруги.
Коефіцієнт підсилення, операційний підсилювач, повторювач напруги, вичітатель, транзистор, компенсаційний стабілізатор, джерело сигналу, опір, різницевий підсилювач.
ЗМІСТ
Введення
1. Операційний підсилювач
1.1 Загальні відомості
1.2 Структурна схема операційного підсилювача
1.3 Різницевий підсилювач
2. Компенсаційний стабілізатор
2. 1 Вибір і аналіз структурної схеми
3. Розрахунок схеми електричної принципової різницевого підсилювача
3.1 Вихідні дані
4. Розрахунок компенсаційного стабілізатора напруги
Аналіз помилок
Висновок
Список джерел
Додаток 1
Додаток 2
ВСТУП
Обмін інформацією в електронних системах відбувається за допомогою сигналів. Багато електронні пристрої, що використовуються в побуті і на виробництві вимагають певних параметрів напруги на вході, відмінних від параметрів мережі. Для створення потрібної напруги і використовують стабілізатори напруги, один з яких потрібно розробити у другій частині проекту. Стабілізатор розробляється на базі стандартних аналогових елементів, що випускаються серійно і може використовуватися для роботи з широким спектром пристроїв, що вимагають напруги, вкладається в його вихідний діапазон.
Носіями сигналів можуть бути різні фізичні величини - струми, напруги, світлові хвилі. Виділяють аналогові й дискретні сигнали Дискретні сигнали простіше зберігати й обробляти, вони більш стійкі до перешкод. Тому дискретні сигнали частіше використовують на практиці, ніж аналогові, бо аналогове перетворення сигналів є необхідним етапів обробки інформації та потужності цих сигналів. Для сигналів, що мають інформаційну сутність, така послідовність перетворення з аналоговими сигналами на вході і виході і цифровими на проміжному етапі. Для сигналів, що мають енергетичну сутність, аналогове перетворення є єдино можливим. Тому, в залежності від особливостей сигналів, існує три групи перетворень:
перетворення, пов'язані з обробкою гармонійних сигналів;
перетворення з генерацією сигналів;
нелінійні "обчислювальні" перетворення.
Повністю витіснити аналогову техніку цифрова не зможе, тому що фізичні процеси, від яких електронна система отримує інформацію, мають аналогову природу.
1. ОПЕРАЦІЙНИЙ ПІДСИЛЮВАЧ
1.1 Загальні відомості
Операційний підсилювач (ОП) - уніфікований багатокаскадний підсилювач постійного струму, що задовольняє наступним вимогам до електричних параметрах:
коефіцієнт посилення по напрузі прагне до нескінченності
( );
вхідний опір прагне до нескінченності ( );
вихідний опір прагне до нуля ( );
якщо вхідний напруга дорівнює нулю, то вихідний напруга також дорівнює нулю ( );
нескінченна смуга підсилюються частот ( ).
Історія назви операційного підсилювача пов'язана з тим, що подібні підсилювачі постійного струму використовувалися в аналоговій обчислювальній техніці для реалізації різних математичних операцій, наприклад підсумовування, інтегрування та ін В даний час ці функції хоча і не втратили свого значення, проте становлять лише малу частину списку можливих застосувань ОУ.
Будучи, по суті, ідеальним підсилювальним елементом, ОУ складає основу всієї аналогової електроніки, що стало можливим у результаті досягнень сучасної мікроелектроніки, що дозволила реалізувати досить складну структуру ОУ в інтегральному виконанні на одному кристалі і налагодити масовий випуск таких пристроїв. Все це дозволяє розглядати ОУ як найпростішого елементу електронних схем подібно діода, транзистора і т.п. Слід зазначити, що на практиці жодна з перерахованих вище вимог до ОУ не може бути задоволено повністю.
Достовірність припущень про ідеальності властивостей у кожному конкретному випадку підтверджується зіставленням реальних параметрів ОУ та вимог до розроблюваних електронним засобам (ЕС).
Параметри ОУ можна розділити на наступні групи.
Вхідні параметри, які визначаються властивостями вхідного диференціального каскаду:
напруга зсуву нуля U см, значення якого визначається неідентичність напруг U бе0 транзисторів вхідного диференціального каскаду, і його температурний дрейф ΔU см ΔT;
вхідний струм інверірующего I - вх і неінвертірующего входу I + вх, а також середній I вх.ср і різницевий I вх.разн вхідний струм (струм баз транзисторів в режимі спокою вхідного диференціального каскаду) і температурний дрейф різницевого вхідного струму ΔI вх.разн / ΔT;
максимальне вхідний диференціальне U вх.діф. мах і синфазное U вх.сс. мах напруги;
вхідний диференціальний опір R вх.оу, тобто опір між входами ОУ для малого диференціального вхідного сигналу, при якому зберігається лінійність вихідної напруги;
вхідний синфазное опір R вх.сф., тобто опір, який дорівнює відношенню напруги, поданого на обидва входи ОУ, до струму входів.
Передавальні параметри:
коефіцієнт посилення по напрузі До оу визначається відношенням зміни вихідної напруги до який викликав це зміна диференціальному вхідного сигналу До оу = U вих / U вх.діф;
коефіцієнт ослаблення синфазного сигналу К ОСС визначається відношенням коефіцієнта підсилення диференціального сигналу в схемі на ОУ до коефіцієнта посилення синфазного сигналу К ОСС = К оу / К оу.сс. Він характеризує здатність послаблювати (не посилювати) сигнали, докладені до обох входів одночасно;
гранична частота f гр - частота на якій коефіцієнт підсилення зменшується в (1 / 2) 1 / 2 разів по відношенню до максимального значення коефіцієнту підсилення. Ця частота відповідає зменшенню коефіцієнта підсилення на-3дБ, при завданні коефіцієнта посилення в логарифмічному масштабі. Для ОУ АЧХ коефіцієнта підсилення якого наведена на рис.1 гранична частота f гр = 10Гц;
частота одиничного зусилля f 1 т. е. частота, при якій К оу = 1. Для ОУ АЧХ коефіцієнта підсилення якого наведена на рис.1 частота одиничного посилення f 1 = 10 6 Гц. Гранична частота f гр, частота одиничного посилення f 1 і коефіцієнт посилення по напрузі До оу для ОП з внутрішньої корекцією пов'язані співвідношенням f 1 = f гр До оу.
запас стійкості по фазі на частоті одиничного посилення φ зап, характеризує стійкість ОУ. φ зап = 180 0 - | φ 1 |, де φ 1 - фазовий зрушення на частоті f 1. Позитивний запас стійкості по фазі є показником стійкості ОУ. Для отримання максимально швидкого відгуку на імпульсний вхідний сигнал і одночасно виключення дзвону або нестійкості бажано мати запас стійкості по фазі порядку 45 0. Для ОУ фазово-частотна характеристика, якого наведена на рис.1 φ 1 = 90 0, а φ зап = 90 0.
Вихідні параметри, які визначаються властивостями вихідного каскаду ЗУ:
вихідний опір R нових;
максимальний вихідний струм I вих.мах, вимірюваний при максимальному вихідному напрузі, або мінімальний опір навантаження R н.мін;
максимальна вихідна напруга в діапазоні лінійного посилення. Для більшості типів ОУ величина U вих.мах = (Е п - 1,5) В, що становить приблизно - 10 В.
Перехідні параметри:
швидкість наростання вихідної напруги V u.вих-максимальна швидкість зміни в часі напруги на виході ОП (В / мкс) при подачі на вхід великого сигналу;
час встановлення вихідної напруги t вуст час за який вихідна напруга досягає своє стаціонарне значення з заданою точністю.
Параметри ланцюга харчування:
напруга живлення ± Е п;
споживаний струм I піт.
споживана потужність. Потужність (без навантаження) споживана операційним підсилювачем.
Важливою характеристикою ОУ є його амплітудна (передавальна) характеристика. Вона наведена на рис.3 - U вих = f (U вх +, U вх-). Крива 1 відповідає вихідній напрузі при вхідній напрузі на інвертуючому вході і нульовому напрузі на неінвертуючий вході, тобто U вих = f (U вх-) | Uвх + = 0. Крива 2 - U вих = f (U вх +) | Uвх-= 0. За амплітудної характеристиці можна визначити До оу = U вих / U вх, і U см - напруга зміщення - це постійна напруга на вході при якому вихідна напруга дорівнює нулю, тобто ЗУ - збалансований, U СДВ - напруга зрушення - це постійна напруга на вході, коли U вх-= U вх + = 0. Типові значення: Коу = 10 4 ¸ 10 Липня; U см = 5 ... 20 мВ.
При спрощеному аналізі схем, що містять ОУ, зручно користуватися поняттям "ідеального ОП", для якого:
1. До оу = ∞;
2. R вх - вхідний опір = ∞;
3. R вих - вихідний опір = 0 Ом;
4. U вих = 0 при U вх-= U вх + = 0 тобто ОУ збалансований; 5. 
f - діапазон підсилюються частот = ∞; 6. I вх - вхідний струм 0А.
З параметрів ідеального ОУ слід, що його входи віртуально замкнуті тобто U вх-= U вх +, а R вх = ∞. Це твердження випливає з того, що при К оу = ∞ напруга U вих = К оу (U вх + - U вх-) завжди звичайно і за значенням менше напруги живлення Е п, що може мати місце тільки в тому випадку коли виконується умова
(U вх + - U вх-) = 0 чи (U вх + =- U вх-).
Реально ідеальних ОУ не існує. Однак параметри реальних ОП, з точки зору похибок створюваних ними, близькі до ідеальних. Це дозволяє використовувати поняття ідеального ОУ, що істотно спрощує аналіз схем, що містять ОУ. Зазвичай в пристроях містять ОУ він використовується не самостійно, а з елементами зовнішнього зворотного зв'язку, які цілком визначають його передаткову і частотну характеристику.
Насправді при розрахунку схем містять ОУ слід враховувати кінцеві значення R вх оу, R вих оу і смуги пропускання. Так номінали резисторів, що підключаються до висновків ОУ, повинні задовольняти очевидним нерівностям
R min ≥ 10 R вих оу, R max ≤ R вх оу / 10. (1)
Номінали ємностей, з одного боку повинні бути значно більше паразитних ємностей схеми. З іншого боку, ці ємності не повинні бути великими, тому що при цьому збільшуються габарити пристрою і втрати в конденсаторах.
Рис.1.1.
Для низькочастотних пристроїв (фільтрів) частота одиничного посилення повинна задовольняти нерівності
f 1 оу ≥ f 0 К о;
для високочастотних пристроїв (фільтрів) нерівність виявляється ще більш жорстким
f 1 оу ≥ 100f 0 К о,
тут f 0 - гранична частота пристрої; К о - коефіцієнт посилення пристрою в смузі пропускання.
Операційні підсилювачі, що їх у вигляді монолітних ІМС, можна класифікувати наступним чином.
1. За типом транзисторів, використовуваних у вхідних каскадах:
- ОУ на біполярних транзисторах, що мають мале напруга зсуву нуля, але значні вхідні струми і порівняно невисока вхідний опір (~ 10 6 Ом);
- ОУ з польовими транзисторами на вході, в яких досягаються високий вхідний опір (~ 10 9 - 10 12 Ом) і малі вхідні струми, але зростає напруга зсуву нуля.
2. За вихідний потужності:
- Стандартні ОУ, які віддають в навантаження з опором Rн = 2 кОм номінальну вихідну потужність ~ 50 мВт;
- Потужні ОУ з вихідною потужністю від одиниць до декількох десятків ватів;
- Мікропотужні ОУ, в яких потужність, споживана в режимі спокою, дуже мала (~ 10 -6 Вт).
3. По області застосування:
- ОУ загального застосування, що характеризуються низькою вартістю, малими розмірами, широким діапазоном напруги харчування, захищеним входом і виходом, не дуже високою частотою f 1;
- Спеціальні ОУ, які, у свою чергу, поділяються на прецизійні, вимірювальні, електрометричні, програмовані ОУ і т.п.
Параметри деяких типів ОУ можуть змінюватися за рахунок введення частотної корекції і струмового програмування. Частотна корекція може бути введена в схему ОУ при його виготовленні. Це, так, звані ОУ з внутрішньої корекцією. На рис.1, наведена АЧХ ОУ з внутрішньої корекцією. Як відомо, така форма АЧХ забезпечує стійкість схем на ОП при будь-якому необхідному коефіцієнті підсилення, що досягається за рахунок суттєвого погіршення частотних властивостей ОУ. У випадку широкого спектру підсилюється сигналу частотні властивості ОУ накладають обмеження на значення коефіцієнта підсилення, який можна отримати у схемі підсилювача, використовуючи даний ОУ. Наприклад, якщо верхня гранична частота одиничного посилення становить f 1 = 10 6 Гц, то максимально можливе посилення в схемі підсилювача на ОП, на частоті 10 4 Гц, що має АЧХ, наведену на рис.1, складе 40 дБ. При цьому слід мати на увазі, що в діапазоні частот від 25 Гц до 50 кГц глибина Р негативного зворотного зв'язку в схемі підсилювача буде зменшуватися і при f1 = 10 кГц складе Р = 1.
Використання зовнішніх коригувальних елементів дозволяє, як правило, забезпечити стійку роботу ОУ в необхідному діапазоні зміни коефіцієнта підсилення при меншому погіршенню частотних властивостей, але призводить до ускладнення схеми підсилювача.
1.2 Структурна схема операційного підсилювача
Операційний підсилювач - це аналогова інтегральна схема, забезпечена, як мінімум, п'ятьма висновками. Її умовне графічне зображення наведене на малюнку 1. Два висновки ОУ використовуються в якості вхідних, один висновок є вихідним, два, що залишилися виведення використовуються для підключення джерела живлення ОУ. З урахуванням фазових співвідношень вхідного і вихідного сигналів один із вхідних висновків (вхід 1) називається неінвертірующего, а інший (вхід 2) - інвертує.
Рис.1.2 Рис.1.3
1.3 Різницевий підсилювач
На основі ОУ виконаний різницевий (диференційний) підсилювач, схема на рис.4. Це підсилювач, в якому вихідна напруга пропорційно різниці вхідних сигналів U вх2 і U вх1 (рис.4). Встановимо зв'язок між вхідними і вихідними сигналами цієї схеми, враховуючи що R 1 = R 2 і R 3 = R 4. Оскільки для ідеального
ОУ U вх-= U вх + = U 2 R 4 / (R 2 + R 4) і I вх = I ос
де I вх = (U вх + - U вх-) / R 3, то вираз зв'язує вихідна і вхідна напруги набуде вигляду
U вих = R 4 / R 2 (U вх2-U вх1). (2)
Ідеальний різницевий підсилювач при подачі на обидва входи однакових напружень, тобто U вх1 = U вх2, має на виході напруга рівне нулю. Такі вхідні напруги називаються синфазними U cc. У загальному випадку синфазний сигнал являє собою середнє значення двох вхідних напруг, тобто
U cc = (U вх1 + U вх2) / 2. Якщо U вх1 =- U вх2, то U cc = 0.
Різниця двох вхідних напруг називається диференціальним сигналом U дс = U вх2-U вх1. Оскільки підсилювач різниці підсилює тільки різницевий (диференційний) сигнал, то такий підсилювач часто називають диференціальним усилителем.Дифференциальный операційний підсилювач - універсальний і найбільш широко застосовуваний тип ОУ.
Щоб зменшити витрати, випускають спеціалізовані підсилювачі, що мають обмежену сферу застосування через те що присутній лише один вхід, але в них краще поєднання функціональних можливостей вартості.
Рис.1.4
Різницевий підсилювач - це підсилювач в якому вихідна напруга пропорційно різниці вхідних сигналів U вх1 і U вх2. Різницевий підсилювач на ОП є сукупністю инвертирующего і неінвертірующего підсилювачів. U вих різницевого підсилювача:
U вих = К оу (U вх + - U вх-) (3)
Для окремого випадку при R 2 = R 3 отримуємо:
U вих = U вх2 - U вх1 (4)
Це вираз пояснює походження назви і призначення різницевого підсилювача. Якщо подати на обидва входи різницевого підсилювача однакову напругу, то на виході отримаємо напруга рівне нулю, такі вхідні напруги називають синфазними U сс. Синфазні сигнал це середнє значення двох вхідних напруг.
U сс = (U вх1 + U вх2) / 2 (5)
Якщо напруга входу один дорівнює напрузі входу 2 яке негативне, то напруга синфазного сигналу дорівнює нулю.
Різницевий підсилювачі часто називають диференціальним через те що підсилювач різниці підсилює тільки різницевий (диференційний) сигнал. Диференційним сигналом називається різниця двох вхідних напруг.
U дс = U вх2 - U вх1.
Синфазний сигнал у різницевому підсилювачі на ОУ при однаковій полярності вхідної напруги збільшує помилку підсилювача. Недоліками розглянутого підсилювача ми можемо віднести труднощі в регулюванні коефіцієнта посилення і різну величину вхідних опорів. Перешкоди на входах синфазних, тому не посилюються, а помилка збільшується і зменшити її можна, якщо вибрати ОУ з польовими транзисторами або використовувати різні схемні рішення.
Вхідні опору по входах визначається
R вх.інв. = R 1 + R вх.оу * R ос / R вх.оу (1 + К іоу) + R ос (6)
R вх.неінв. = R вих.оу / γ ос = R вих.оу / К іоу * К і інв. (7)
що веде до помилки U вих
U вих.ош = U см. (1 + | К і інв. |) + I раз.Тос max * R ос, (8)
Можна значно зменшити, вибравши ОУ з польовими транзисторами або використовувати інші схемні рішення.
Коефіцієнт передачі диференціюючого підсилювача визначається:
К (jω) = U вих / U вх = jωτ = К (ω) е jφ (ω)
де К (ω) = Ωτ - амплітудно-частотна характеристика;
φ (ω) = π / 2 - фазово-частотна характеристика коефіцієнта передачі.
Вихідна напруга визначається:
U вих = - К і інв * U вх1 + К і неінв. * U вх2 * R 3 / R 3 + R 2 = - R ос / R 1 * U вх1 + R 1 + R ос / R 1 * R 3 / R 3 + R 2 * U вх2; (9)
Перешкоди на входах синфазних, тому не посилюються.
К 'інв. = К інв -1 / 2 До інв. (10)
К 'неінв. = К неінв +1 / 2 До неінв. (11)
тоді коефіцієнт ослаблення синфазного сигналу
До ос.сф = (1 + К u) До u / К u. (12)
2. КОМПЕНСАЦІЙНИЙ СТАБІЛІЗАТОР
Стабілізатором напруги називається пристрій, що підтримують автоматично і з необхідною точністю напруга на навантаженні при зміні дестабілізуючих факторів в обумовлених межах. Основним джерелом живлення електронних пристроїв в даний час є випрямні пристрої, що перетворюють змінний струм у ток одного напрямку, званий випрямленою. Постійна напруга або струм, одержувані від випрямлячів, з різних причин можуть змінюватися, що може порушити нормальну роботу різних пристроїв, харчування яких здійснюється від випрямних пристроїв. Основним причинами нестабільності є зміна напруги мережі та зміну струму навантаження. Для забезпечення постійної напруги на опорі навантаження застосовують стабілізатори напруги.
Існує два принципово різних методи стабілізації напруги: параметричний і компенсаційний. Сутність компенсаційного методу стабілізації зводиться до автоматичного регулювання вихідної напруги. У компенсаційних стабілізаторах проводиться порівняння фактичної величини вхідної напруги з його заданою величиною і залежно від величини і знака неузгодженості між ними автоматично здійснюється коригуючий вплив на елементи стабілізатора, спрямоване на зменшення цього неузгодженості.
2.1 Вибір і аналіз структурної схеми
Основними параметрами, які характеризують стабілізатор, є:
1. Коефіцієнт стабілізації, що представляє собою відношення відносної зміни напруги на вході до відносного зміни напруги на виході стабілізатора.
K сти = D U вх / U вх: D U вих / U вих, (13)
де: U вх та U вих - номінальна напруга на вході і виході стабілізатора.
D U вх і D U вих - зміна напруг на вході і виході стабілізатора.
Коефіцієнти стабілізації служать основними критеріями для вибору раціональної схеми стабілізації та оцінки її параметрів.
2. Вихідний опір, характеризує зміна вихідної напруги при зміні струму навантаження і незмінному вхідному напрузі.
R вих = D U вих / D I вих, при U вх = const. (14)
Коефіцієнт корисної дії, рівний відношенню потужності в навантаженні до номінальної вхідної потужності.
h = U вих 'I вих / U вх' I вх. (15)
4. Дрейф (допустима нестабільність) вихідної напруги. Тимчасової і температурний дрейф характеризується величиною відносного і абсолютного зміни вихідної напруги за певний проміжок часу або в певному інтервалі температур.
Схеми компенсаційних стабілізаторів постійної напруги бувають послідовного (рис.2.1) і паралельного (рис.2.2) типів.
Рис. 2.1.
Рис.2.2.
Різниця наведених схем полягає в наступному. У послідовних стабілізаторах напруга на регулюючому елементі зростає при збільшенні напруги на навантаженні, а струм приблизно дорівнює струму навантаження. У паралельних стабілізаторах напруга на регулюючому елементі не залежить від вхідної напруги, а струм знаходиться в прямій залежності від напруги на навантаженні.
Стабілізатори паралельного типу мають невисокий ККД і застосовуються порівняно рідко. Для стабілізації підвищених напруг і струмів, а також при змінних навантаженнях зазвичай застосовуються стабілізатори напруги послідовного типу. Їх недоліком є те, що при короткому замиканні на виході до регулюючого елементу буде докладено всі вхідну напругу. Цю обставину необхідно враховувати при експлуатації стабілізатора.
2.2 Розробка принципової електричної схеми
Відповідно до обраної структурною схемою (рис.2.1) складаємо приблизну схему компенсаційного стабілізатора напруги. Після проведення розрахунку, дана схема буде доопрацьована. Тільки після повного розрахунку режимів роботи і вибору елементів можна скласти остаточний варіант схеми електричної принципової компенсаційного стабілізатора напруги.
3. РОЗРАХУНОК СХЕМИ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ПРИНЦИПОВОЇ Різницева ПІДСИЛЮВАЧА
Рис. 3.1 Схема вичітателя
РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА
3.1 Вихідні дані
Тип ОУ К140УД9
;
;
R н = 15кОм;
;
;
;
;
Розрахунок в и вихідне каскаду.
Величину зворотнього зв'язку [Ом]:
Враховуючи узгоджене включення каскаду приймаємо [Ом]:
,
Звідси
визначаємо
.
Визначаємо величину резистора
[Ом]:
;
Так як для розрахунку
використовується метод суперпозицій, то для симетричної структури можна прийняти
.
Визначаємо коефіцієнти підсилення по входах
Вхідні опору по входах
і
[Ом]:
Коригуємо величину
, [Ом]:
;
Визначаємо вхідні струми [А]:
де ;
,
Так як симетричний вхід створений двома неінвертірующего підсилювачами ОУ
і ОУ
, То
де
a-коефіцієнт розподілу потенціометра, а = 0,2 - 0,5
10. Коефіцієнт ослаблення синфазного сигналу
,
де
11. Знайдемо зміна при допустимому зміну (
%) Напруги живлення [В]:
де для ОП = 60 (=
) Тобто
,
.
Визначимо помилку вихідної напруги від дестабілізаційних чинників [В]:
в цьому пристрої = 0
=
Дрейф, наведений до входу підсилювача
Визначимо відносну зміну коефіцієнта посилення при зміні температури на
де зазвичай для ОП охоплених ОС
Визначимо загальну статичну похибку вичітателя:
де
[В].
4. РОЗРАХУНОК СХЕМИ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ПРИНЦИПОВОЇ компенсаційні стабілізатори. РОЗРАХУНОК компенсаційного стабілізатора напруги
4.1 Вибираємо транзистор КТ343В
h 21 = 40
U ке нас = 0,7 В
U ке мах = 5 В
Р до мах = 0,25 Вт
I n = 50 mA
4.2 Розраховуємо величину баластного опору R б:
R б =
де струм через стабілітрон лежить в межах I c т мах <I VD <I c т м in - I б,
I б ≈ I е / h 21 = 0.03/40 = 0,00075 (А) , а U VD = U вих - U ЕБ = 5.4 - 0,7 = 4.7 (В)
Режим роботи транзистора вибираємо так, щоб він був не повністю відкритий напругою U ЕБ = 0,7 В. Вибираємо стабілітрон 1 N 4757 A:
I c т мах = 90 мА
I c т м in = 10 мА
U ст = 50 В
r диф = 30 Ом
Враховуючи умову I c т мах <I VD <I c т м in - I б: I VD = 50 мА, тоді
R б = (5.4-4.7) / (0.05 +0.00075) = 13.79 (Ом)
4.3 Обчислюємо максимальний робочий напруга U ке p і максимальну потужність яку повинен розсіювати транзистор P до p
U ке p = U вх - U VD = 5.4-4.7 = 0.7 В
P до p = U ке p · I н мах
де I н мах = I н імп, з урахуванням того, що I н імп - це струм навантаження, зміна якого в імпульсі I німп = 0.045 А, тоді
P до p = 0,7 * 0.045 = 0.0315 Вт
і тому що умова P до p <Р до мах виконується з семиразовим запасом, то це свідчить про можливість застосування обраного транзистора.
До стб = dU вх / U вх: dU вих / U вих = 0,54 / 5,4 = 10
Аналіз помилок
Якість роботи різницевого підсилювача багато в чому залежить від розкиду параметрів електронних компонентів, що входять до його складу. Багато в чому це пов'язано з неможливістю виготовлення компонентів з однаковими параметрами. Сильний вплив на розкид параметрів надає коливання температури навколишнього середовища і температури потужності розсіювання цих елементів. З метою зменшення коливань параметрів від температури потужності розсіювання для елементів високої потужності встановлюються радіатори.
Висновок
Курсовий проект виконаний відповідно до завдання на проектування, і отримані результати задовольняють вимогам Гостів на радіоапаратуру. За результатами перевірки та аналізу роботи схеми видно, що дана схема відрізняється високою працездатністю. У даний момент найбільш перспективним є використання різницевих підсилювачів на базі ІМС, тому що це знижує витрати на монтаж, зменшує енергоємність стабілізатора, зменшує його габаритні розміри, що позначається на вартості пристрою. У даній схемі можливо встановити елементи індикації про стан регулюючого елемента, про перевантаження компенсаційного стабілізатора, про наявність напруги живлення. Крім перерахованого вище можливо встановити в схемі тепловий захист регулюючого елементу. При виборі елементної бази проводився порівняльний аналіз вітчизняного та імпортного асортименту радіоелементів. Аналіз проводився за якісними, технологічним і економічним показникам. У більшості випадків перевага була віддана на користь вітчизняних компонентів.
Список джерел
1. Карпенко П.Ф. Джерела живлення. Схемотехніка компенсаційних стабілізаторів напруги. Методичні вказівки. - Краснодар: ізд.КПІ, 1992.
2. Горбачов Г.Н., Чаплигін Є.Є. Промислова електроніка. - М.: Вища школа, 1998.
3. Хоровіц П., Хілл У. Мистецтво схемотехніки: у 3-х томах: Т. 1. Пер. з англ. -4-е вид. перераб. і доп. - М.: Світ, 1993.
4. Аналогова схемотехніка. Методичні вказівки по курсовому проектування для студентів спеціальності 7.090803 «електронні системи» / Укл. В.І. Тараканов, Н.Є. Дубровіна, - Запоріжжя: Вид-во ЗДІА, 2003. - 43 с.