Для подавителя помех из справочника приняли Uкб-пп-макс =3.5 В. Подавитель помех работает таким образом, что ключи открываются и закрываются попеременно, транзисторы работают в режиме насыщения. Зададимся напряжением U оп, выбрав его согласно условию:
0,7< Uоп < Uкб-пп-макс= 3.5 В. (46)
Примем Uоп =3 В.
Зададимся , т. к. оптимальный ток базы, при котором транзистор будет работать в режиме насыщения и минимально.
Рассчитаем мощность, которую должен передать трансформатор принимая КПД трансформатора :
(47)
Из справочника [4] выбираем трансформатор ТМ10-22. Паспортные данные на трансформатор приведены в таблице 7.
Таблица 7.
Характеристики трансформатора ТМ10-22
Обозначение, принимаемое в расчетах | Значение параметра | Описание |
Р ном [Вт] | 0.01 | Номинальная мощность |
n c | 0.76 | Коэффициент трансформации |
r 1c [Ом] | 88x2 | Сопротивление первичной обмотки току при |
r 2c [Ом] | 60x2 | Сопротивление вторичной обмотки току при |
Найдем сопротивление Rоп:
Ом(48)
На этом расчет цепи усиления закончен.
Организация питания выходного каскада и микросхем усиления
После построения цепи усиления необходимо обеспечить питание выходного каскада и микросхем усиления.
Организация питания выходного каскада
Рисунок 6 – Схема питания выходного каскада.
На выходной каскад подается сглаженное напряжение. Для выходного каскада из формул (8) – (9) известно:
Uп-маx =19.47 В,
Iп-маx =1.18 А,
Будем использовать диодный блок, в котором диоды соединены по мостовой схеме. Необходимо знать средний и максимальный токи через диод и обратное напряжение на нем. Средний ток через диод:
(49)
Максимальный ток через диод:
(50)
Обратное напряжение на диоде:
(51)
Диодный блок выбираем из условий:
(52)
Из справочника [6] выбрали диодный блок КД 202А. Паспортные данные на диодный блок представлены в таблице 9.
Таблица 9.
Характеристики диодного блока КД 202А
Обозначение, принимаемое в расчетах | Значение параметра | Описание |
Iд.бл-ср [A] | Среднее значение тока через диод | |
Uд.бл-обр [В] | Обратное падение напряжения на диоде | |
Uд-пр [В] | 0,9 | Прямое падение напряжения на диоде |
Рассчитаем сопротивление нагрузки:
(53)
Т.к. при выбранном коэффициенте пульсации Кп=5% можно аппроксимировать пульсирующее напряжение, получаемое после фильтра, треугольниками, то справедлива формула:
(54)
Примем Сф1=100 мкФ.
Организация питания операционных усилителей
Выбор стабилизатора
Микросхемы операционных усилителей требуют питания сглаженным стабилизированным напряжением (рис.8). Для организации данного питания необходимо подобрать двуполярную микросхему стабилизатор с напряжением выхода ±15В и рассчитать фильтрующий конденсатор.
По значению Uп = ±15В выберем из справочника [10] стабилизатор КР142ЕН15А. Конденсаторы 6÷11 – внешние элементы, необходимые для работы микросхемы.
Рисунок 8 – Схема питания операционных усилителей.
В таблице 10 приведены характеристики выбранного стабилизатора:
Таблица 10.
Характеристики стабилизатора КР142ЕН15А
Обозначение, принимаемое в расчетах | Значение параметра | Описание |
[В] | ±30 | Максимальное входное напряжение |
[В] | ±10 | Минимальное входное напряжение |
[В] | ±(14,5.. 15,5) | Выходное напряжение при |
[мА] | Максимальный выходной ток | |
[мА] | Минимальный выходной ток | |
[дБ] | Коэффициент сглаживания пульсаций | |
[ мА] | Ток потребления |
В паспорте на микросхему разработчики указывают, что рекомендовано придерживаться следующих условий:
Конденсаторы 6 и 7 могут являться и сглаживающим фильтром, если между ними и микросхемой нет коммутирующих устройств, и длина проводников не превышает 70 мм. В нашем случае можно использовать конденсаторы 6 и 7 в качестве фильтра.
Расчет фильтра
Для нахождения С6=С7 необходимо оценить пульсации возможные на входе стабилизатора.
Зададимся некоторым значением Uт=0.5 В, которое не должно превышать Uтрог =0.6 В двигателя. Таким образом, определим максимально допустимые пульсации на входе первого усилителя по формуле:
(55)
При этом коэффициент ослабления изменений напряжения питания операционного усилителя примем равным 70 дБ, а коэффициент сглаживнаия пульсаций стабилизатора 30 дБ. Тогда амплитуда пульсации выбирается из условия:
(56)
(57)
Примем и определим минимальное и максимальное значения напряжений на входе стабилизатора по формулам:
(58)
(59)
Так как расчетное значение Uвх-ст-маx получилось меньше паспортного значения Uвх-ст-маx=30, то стабилизатор КР142ЕН15А может быть использован в схеме.
Для расчета С6=С7 необходимо иметь данные о коэффициенте пульсации и нагрузке.
Коэффициент пульсации определим по формуле:
(60)
Если представить пульсирующее напряжение треугольниками, то справедлива формула для нахождения действующего значения напряжения пульсации:
(61)
Среднее значение напряжения на входе стабилизатора:
(62)
Тогда коэффициент пульсации по формуле (59):
Так как К п получился меньше 7%, то фильтр можно считать малонагруженным.
Определим средний ток в нагрузке по формуле:
, (63)
где Iпот-ст= 5 мА – ток потребления стабилизатора,
Iпот-мс =3.5 мА - ток потребления микросхемы операционного усилителя.
мА.
Определим сопротивление нагрузки:
(64)
Теперь можем определить Сф по формуле (63):
(65)
Примем Сф=22 мкФ.