Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВО «Сибирский государственный технологический университет»

Институт электронно-дистанционного обучения

Кафедра электротехники

Курсовая работа

По дисциплине: Промышленная электроника

Тема: Разработка усилительного устройства с фильтром Бесселя

Руководитель:

М.С. Лурье

Разработал:

А.В. Никифоров

Красноярск 2016

Задание

На курсовую работу по курсу «Электротехника и электроника»

Тема работы: Разработка усилительного устройства с фильтром Бесселя.

Таблица - Исходные данные (Усилительная часть):

Ег, В	Rг, кОм	Rн, Ом	Pн, Вт	Тип фильтра	Тип аппроксимации фильтра	Порядок фильтра	fн, Гц
0,5	500	50	6	ФНЧ	Бесселя	4	400

1 Рассчитать и разработать схему усилителя с заданными параметрами.

2 Спроектировать блок питания для разработанных электронных устройств.

Студент: Никифоров А.В.

группа 1504-211у

Дата выдачи: «__»_________20__г.

Срок выполнения:______________

Руководитель: Лурье М.С.

Реферат

Курсовая работа по электронике выполняется по разделу курса "Промышленная электроника". Она включает разработку и расчёт законченного электрического устройства с целью закрепления теоретических знаний по ряду разделов курса электротехники, полученных во время предыдущего обучения.

Курсовая работа включает в себя 2 части:

1. Проектирование усилительной части устройства с активным фильтром и усилителем мощности.

2. Выбор и расчёт блока питания всей схемы.

Назначение усилительного устройства и его структура определены техническим заданием. Задача -- выбрать оптимальный вариант реализации заданной структуры и рассчитать его элементы.

Структура цифровой части, за исключением ряда параметров, не оговаривается, что даёт возможность творчески решать поставленную задачу.

Структуру и характеристики блока питания определяют после разработки усилительной и цифровой части.

Данная курсовая работа содержит листов 17 текста и 9 рисунков, графическая часть 1лист.

Содержание

Введение

1. Проектирование усилительного устройства

1.1 Структурная схема усилителя

1.2 Выбор схемы входного каскада

1.3 Расчет неинвертирующего усилителя

1.4 Выбор схемы и расчёт параметров активного фильтра

1.5 Выбор схемы и расчёт параметров усилителя мощности

1.6 Расчет теплового режима выходного каскада УМ

2. Расчет маломощных выпрямителей

2.1 Проектирование выпрямительной схемы

Заключение

Библиографический список

Введение

Целью данной курсовой работы является проектирование усилительного устройства с целью закрепить и расширить знания, полученные на занятиях по дисциплине «Промышленная электроника».

При выполнении данной курсовой работы студент на собственном опыте знакомится с особенностями проектирования электронного устройства, изучает такие ее составляющие как усилитель напряжения, усилитель мощности, активный фильтр, входной каскад и др.

Итогом выполнения курсовой работы является пояснительная записка, в которой структурировано и упорядоченно представляются наработки студента в области проектирования.

1. Проектирование усилительного устройства

1.1 Структурная схема усилителя

Определение основных параметров усилителя

Входное сопротивление усилителя выбираем так, чтобы Rвх >> Rг. Практически - Rвх=(10 - 100)* Rг, возьмем Rвх в 10 раз больше Rг.

Rвх = 10*500=5 мОм.

Действующее напряжение на нагрузке находим по формуле:

, .

Uн=18,17 В,

Действующее значение тока нагрузки находим так:

. Iн=0,36 А

Коэффициент усиления по напряжению рассчитываем:

. Ки=36,34.

,

где - коэффициент усиления по напряжению входного каскада;

- коэффициент усиления по напряжению активного фильтра;

- коэффициент усиления по напряжению усилителя мощности.

Распределяем этот коэффициент таким образом:

Квк=6,03; Каф=1; Кум=6,03.

1.2 Выбор схемы входного каскада

[кОм].

RвхИНВ =165,84кОм, Если, RвхИНВ < Rвх => выбираем схему неинвертирующего усилителя.

Рисунок 2 - Схема неинвертирующего усилителя на ОУ

1.3 Расчет неинвертирующего усилителя

Задаем сопротивление = 17 кОм, при этом соблюдаем условие . Сопротивление определяем по выражению

. =3,37 кОм.

. R3=5 МОм.

Все рассчитанные величины резисторов в схемах усилителей округлили до ближайших номинальных значений в соответствии с таблицей Рядов номинальных сопротивлений и емкостей.

R1=18 кОм.

R2=3,3 кОм.

R3=5,1 МОм.

1.4 Выбор схемы и расчёт параметров активного фильтра

Фильтр - это электрические устройства, предназначенные для передачи сигналов в определенной области частот.

В данной курсовой работе применяется - фильтры нижних частот (ФНЧ). Это фильтры, пропускающие частотный спектр сигнала ниже некоторой частоты, которая называется частотой среза , и уменьшающие (подавляющие) частоты сигнала выше этой частоты. Степень подавления каждой частоты зависит от вида фильтра.

Фильтры нижних частот

Схему на рисунке 5 называют фильтром со сложной отрицательной обратной связью или схемой Рауха.

Рисунок 5 - Схемы ФНЧ 2-го порядка- Рауха

Расчет схемы Рауха

1. Находим величину конденсатора С1. Для этого используем формулу

[мкФ], где в [Гц].

С1=0,025 мкФ=0,025*10-6 Ф.

2. Определяем величину емкости конденсатора С2.

.

=2,5

С2?0,26*10-6 Ф ~ 0,001*10-6

3. Находим сопротивление .

.

R2=0,1*106 Ом.

4. Определяем по выражению

.

R1=0,04*106 Ом.

5. Рассчитываем сопротивление .

.

R3=0,0007*106 Ом.

Все полученные величины округляем до номинальных значений:

Расчёт второго звена:

1. Находим величину конденсатора С1. Для этого используем формулу

 [мкФ], где в [Гц].

С1=0,025 мкФ=0,025*10-6 Ф.

2. Определяем величину емкости конденсатора С2.

.

=2,5

С2?0,26*10-6 Ф ~ 0,001*10-6

3. Находим сопротивление .

.

R2=1,43*106 Ом.

4. Определяем по выражению

.

R1=0,57*106 Ом.

5. Рассчитываем сопротивление .

.

R3=0,0007*106 Ом.

1.5 Выбор схемы и расчёт параметров усилителя мощности

Расчет УМ на мощном ОУ

Напряжение питания усилителя определяем по формуле

.

Un=30,7 В.

Максимальный ток нагрузки:

.

Im=0,51 А.

Выбор марки ОУ производится по току и напряжению нагрузки. Для выбора ОУ воспользовались таблицей Е.1 в приложении Е [3].

Необходимо, чтобы соблюдались соотношения

,

где - допустимое напряжение питания ОУ.

,

где - допустимый выходной ток мощного ОУ.

Согласно всех критериев был выбран PA01.



Рисунок 6 - Схема мощного усилителя на ОУ типа PA01

1.6 Расчет теплового режима выходного каскада УМ

В процессе работы УМ его выходные транзисторы нагреваются вследствие потерь мощности от тока нагрузки.

Если УМ создан на базе мощного ОУ, то нагревается корпус ОУ. При нагреве кристалла транзистора или ОУ сверх допустимой температуры он выйдет из строя. Поэтому необходимо обеспечить в процессе работы УМ нормальный тепловой режим транзисторам его выходного каскада или самому ОУ. усилитель фильтр каскад трансформатор

Определение тепловой мощности, выделяемой на одном транзисторе выходного каскада или в мощном ОУ

Максимальная тепловая мощность, в данном случае, рассеиваемая на одном транзисторе в схеме комплементарного повторителя, будет равна

.

Рт= 0,6 Вт.

Если УМ построен на мощном ОУ, выходные транзисторы которого находятся на одном кристалле внутри одного корпуса, то максимальная тепловая мощность, выделяемая внутри корпуса ОУ, будет такова

,

POУ=14,28 Вт.

где , - напряжение питания и ток, потребляемый самим ОУ (см. таблицу Е.1 [1]).

Оценка необходимости применения радиатора (теплоотвода) для охлаждения силового элемента УМ

Радиатор можно не применять в том случае, если соблюдаются условия

или ,

где - допустимая рассеиваемая тепловая мощность без радиатора, Вт.

0,05?1ч3

0,756?1ч3

Условия выполняются можно сделать вывод о том, что разработанный УМ не нуждается в специальных мерах по охлаждению выходных транзисторов или корпуса ОУ.

2. Расчет маломощных выпрямителей

2.1 Проектирование выпрямительной схемы

В схемах питания электронной аппаратуры в основном применяются схемы выпрямителей, показанные на рисунке 7.

Формулы для расчета выпрямителей с емкостным фильтром приведены в таблице 1.

Определяем внутреннее сопротивление вентиля

,

где, UП - прямое падение напряжения на диоде -1,0 - 1,1 В для кремниевых диодов.

IB=I0/2,

I0=Imax+ Inoy*N,

Inoy=27*10-3 A

IВ=0,29 A.

I0=0,58 A.

Ri=1,15 Ом.

Определяем внутреннее сопротивление обмоток трансформатора, приведенное ко вторичной обмотке

,

где j - плотность тока в обмотках трансформатора (3 ё 5) А/мм2;

B - индукция магнитного поля в сердечнике. Она равна В = (1,1 ё 1,3)Т для пластинчатых сердечников;

K - расчетный коэффициент. К = 2,0 ё 2,3.

U0=30,7=Un, fc=50 Гц

Rm=0,75 Ом

Определяем основной расчетный коэффициент А.

.

RВ= 2Ri +Rт, RВ=1,91

m=2.

A=0,03.

Определяем вспомогательные коэффициенты В, F, D.

Вспомогательные коэффициенты В, F, D, определяются по графикам, приведенным на рисунке 4.6[3].

B=1,1.

F=5,8.

D=2,1.

С помощью коэффициентов В, F, D, по формулам проводим расчет всех параметров выпрямителя из таблицы 1.

UОБР=2,82·ВЧU0, UОБР=23,5 B

IВД =, IВД=0,5 А

По значениям UОБР, IВД находим тип выпрямительных диодов. Выбранные из справочника диоды должны по своим параметрам превосхо-дить расчетные значения.

Выбрали КД 212 А.

Определяем емкость конденсатора фильтра.

Емкость конденсатора фильтра находим по эмпирической формуле:

.

С0=0,025*106 мкФ

2.2 Проектирование маломощного трансформатора

После расчета всех выпрямителей, обеспечивающих питание узлов усилителя, выполняем расчет силового трансформатора выпрямителя.

,

РГАБ= 1,5*Р0, РГАБ=26,7 Вт

Р0=U0*I0, Р0=17,8 Вт

Ртр= 26,7*2=53,4 Вт.

Находим параметр трансформатора

Для выбора магнитопровода необходимо найти произведение площадей поперечного сечения магнитопровода (стали) и окна для размещения обмотки .

; ; ,

где a, b, c, h - геометрические параметры сердечника.

- коэффициент полезного действия трансформатора. Для маломощного трансформатора 0,7 ч 0,85;

- частота сети, 50 Гц;

- максимальное значение индукции в сердечнике, Т. Для ленточных трансформаторов, которые рекомендуется использовать на малых мощностях, следует принимать1,5 ч 1,65 Т;

- плотность тока в обмотке трансформатора, А/мм5. Для обмоток с воздушным охлаждением трансформаторов малой мощности можно взять 3 ч 5 А/мм2;

- коэффициент заполнения окна медью. Обычно 0,22 ч 0,28;

- коэффициент заполнения поперечного сечения сердечника сталью. Для ленточных магнитопроводов 0,93 ч 0,95.

=31,72 см4.

По величине и таблице 5.2 [3] находим нужный типоразмер сердечника.

Типоразмер	а, мм	b, мм	с, мм	h, мм	SC, см2	SOK, см2	SСSОК, см4
ШЛ16х32	8	16	32	40	5,12	6,40	32,37

Рисунок 8 - Ленточные броневые магнитопроводы типа ШЛ

Определяем число витков в обмотках трансформатора

Число витков в первичной обмотке

,

где - напряжение сети (первичной обмотки трансформатора), В;

- потери напряжения в первичной обмотке, %.

?1=1213

Число витков во вторичной обмотке

,

где - напряжение сети (первичной обмотки трансформатора)=2B*U0=22,71 В;

- потери напряжения во вторичной обмотке, %.

?2=572.

Расчет диаметра и выбор проводов обмоток

Диаметр провода вторичной обмотки без учета толщины изоляции находим по действующему значению тока в обмотке , определенному ранее.

[мм],

где - плотность тока в обмотке.

I2=0,67 A.

d2=0,53 мм.

Ток в первичной обмотке будет равен

.

I1=0,07 A.

Диаметр провода первичной обмотки будет

[мм].

d1=0,172 мм.

Полученные диаметры проводов округляем до ближайших стандартных по таблице 4.3 [3].

Выбираем марку обмоточных проводов для d2 ПЭВ-1=0,2206 мм2, для d1 ПЭВ-2=0,0227 мм2.

Заключение

По результатам курсовой работы было спроектировано и рассчитано усилительное устройство, блок питания, цифровое устройство.

Были получены теоретические и практические навыки в разработке и проектировании аналоговых и цифровых электронных устройств.

Библиографический список

1. Гутников., В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. -Л.: Энергоатомиздат, 1988.-304 с.

2. Лурье, М.С. Промышленная электроника. Аналоговые устройства промыш-ленной электроники. - Красноярск: КГТА, 1996. - 179 с.

3. Лурье, М.С. Электротехника и электроника. Промышленная электроника: учебное пособие по курсовому проектрированию для студентов всех направлений подготовки и всех форм обучения /М.С. Лурье, О.М.Лурье, А.С Фролов. - Красноярск.: СибГТУ, 2013. - 108 с.

4. СТП СибГТУ 3.4.205-01. Требования к оформлению графических работ; СибГТУ. - Красноярск, 2001. -52 с.

Размещено на Allbest.ru

...