Проектування перетворювача струму в напругу (стр. 2 из 3)

На рисунку 3 представлена структурна схема перетворювача

Рисунок 3 - Структурна схема перетворювача

ПП – первинний перетворювач, призначений для перетворення струму у напругу за допомогою схеми з інвертуючим підсилювачем, у якого опір схеми має дуже малу величину.

ПН – підсилювач напруги, призначений для підсилення величини вихідного сигналу по напрузі до заданого в умові. Можна використати підсилювач на БТ.

ПП – підсилювач потужності, використовується для забезпечення потужності на навантаженні.

Використаємо емітерний повторювач зображений на рисунок 4.

Рисунок 4 -Емітерний повторювач

2.3 Попередній розрахунок первинного перетворювача

Інвертуючий підсилювач (див.рисунок 1) перетворює вхідний сигнал, що надходить на інвертуючий вхід ОП, так, що вихідний сигнал має фазу, протилежну фазі вхідного сигналу. При інвертую чому вмиканні вхідний сигнал подається на інвертуючий вхід, а прямий вхід з’єднується з нульовим потенціалом.

І_вх = U_вх/R₁; I₀ = U_вих/R₀.(8)

Так як R_вх+=R_вх-= ∞; І_вх = -I₀→ U_вх/R₁ = - U_вих/R₀. (9)

Знайдемо вихідну напругу перетворювача струм-напруга:

U_вих = ІR_з.з. (10)

Так як R_з.з.= R_вх · (І + 1) = 15 · (10^-3 + 1) = 15.015 (Ом);

U_вих = 10^-3 · 15.015 = 15.015 · 10^-3 В.

Коефіцієнт підсилення К = 15 / 15.015·10^-3 = 1100.

Інвертуючий підсилювач виконано на основі ОП, саме тому необхідно провести вибір ОП. Таким чином для операційного підсилювача:

, (11)

,

.

Виберемо ОП К140Д1Б.

Основні параметри:

нА- вхідний струм;

В - максимальна вихідна напруга;

МГц- гранична частота.

Діапазон робочих температур дорівнює (30-60)

С.

2.4 Попередній розрахунок підсилювача потужності

В якості підсилювача потужності використаємо підсилювальний каскад такий, як комплементарний емітерний повторювач (див.рисунок 4).

Розрахуємо потужність на виході даного каскаду.

Початкові дані:

20В, Rн= 15 Ом

І_max=

, (12)

І_max=

.

Розрахуємо максимальну вихідну потужність:

Р_max=U_max · I_max; (13)

Р_max = 20 · 1.3 = 26 (Вт).

Оскільки використовуємо комплементарне включення то потужність на виході одного транзистора зменшується у двічі. Таким чином для транзистора:

Р_max=U_maxI_max/ 2, (14)

Р_max = 13 (Вт).

За даними оберемо транзистор KT816Атипу PNP, та КТ817А типу NPN.

Основні параметри транзистораKT816А типу PNP наведені в таблиці 1

Таблиця 1 – Параметри транзистораKT816А

Тип	Pкmax,Вт	Ікmax, A	Uкеmax, B	h21emin/max	fгр,МГц	T
КТ816A	25	3	40	25	3	-60..125

Основні параметри транзистораKT817A наведені в таблиці 2.

Таблиця 2 – Параметри транзистораKT817A

Тип	Pкmax,Вт	Ікmax, A	Uкеmax, B	h21emin/max	fгр, МГц	Uеб0max, В
КТ817A	25	3	40	25	3	-60..125

2.5 Попередній розрахунок підсилювача напруги

У якості підсилювача напруги використаємо підсилювальний каскад за схемою зі спільним емітером на основі біполярного транзистора.

Розрахуємо коефіцієнт підсилення за напругою:

(15)

Оскільки частота вихідного сигналу 10 МГц, то гранична частота транзистора

.

Оскільки підсилення виконує ПП по потужності, то максимальна потужність що розсіюється на колекторі транзистора не повинна бути меншою за Р_к

Оскільки К_пр=25

то Р_вх=

; (16)

Р_вх=

І_кмах =

За розрахованими параметрами підберемо транзистор типу КТ830А з параметрами:

= 30 В,

= 2 А,

= 5 Вт.

2.6 Розробка детальної структурної схеми

Детальна структурна схема перетворювача наведена на рисунку 5.

Рисунок 5 – Детальна структурна схема

ПП – первинний перетворювач, призначений для перетворення струму у напругу. Схема віднімання основана на ОП К140Д1Б. Межі вихідної напруги 0...5,7В.

ПП – підсилювач потужності, використовується для забезпечення потужності на навантаженні. Оснований на БТ КТ816А і КТ817А.

ПН – підсилювач напруги, призначений для підсилення величини вихідного сигналу по напрузі до 20В. Таким чином на виході даного каскаду отримуємо напругу 0...20В. Оснований на транзисторі КТ830А

Закінчивши попередню розробку структурної схеми, маємо схему, розбиту на декілька каскадів, внаслідок чого, для кожного з каскадів зроб-лений попередній розрахунок. Тобто визначені динамічні діапазони, коефі-цієнти підсилення, максимальні значення струмів, напруг, потужностей, вибрані згідно розрахункам операційні підсилювачі, транзистори.

Принцип роботи перетворювача заключається у наступному. Генератор імпульсів виробляє сигнал, що подається на вхід ОП, після його перетворення він потрапляє на каскад підсилення потужності, а згодом і в каскад підсилення напруги. Так як з ОП напруга виходить досить малою то виникає необхідність її підсилення по напрузі та стабілізації та підсилення по потужності, саме тому у схемі і використовуємо підсилювачі напруги та потужності що побудовані на транзисторах.

3. Електричні розрахунки

3.1 Електричний розрахунок підсилювача потужності

Електричний розрахунок виконуємо за допомогою електричної принципової схеми , яка зображена на рисунку 6.

Рисунок 6 – Схема електрична принципова підсилювача потужності (ПП)

Вхідні дані:

Транзистори КТ816А і КТ817А:

= 25 Вт,

= 3 А,

= 25 В,

U_мах = 20 В,

Р_вх= 3,7 Вт,

Р_вих= 13 Вт.

Оберемо напругу живлення

Задаємося

.

З вихідних характеристик транзисторів:

, при .

З вхідних характеристик:

при та .

Задамося

,

,

тому ,

.

Проведемо розрахунок опорів вхідного подільника R₇R₈

(17) (18)

Розрахуємо вхідний опір цього каскаду:

(19)

Ом – додатковий опір.

3.2 Електричний розрахунок підсилювача напруги

На рисунку 7 зображена схема електрична принципова підсилювача напруги (ПН).

Рисунок 7 - Схема електрична принципова підсилювача напруги (ПН)

Вхідні дані:

Транзистор КТ830А:

= 30 В,

= 2 А,