на тему rdquo;Блок источников опорного напряжения rdquo; Преподаватель

Работа добавлена на сайт samzan.net:

Министерство образования и науки РФ

Омский государственный технический университет

Кафедра «Автоматизированные системы обработки информации и управления»

Пояснительная записка

к курсовому проекту

по дисциплине “Электротехника и электроника”

на тему  ”Блок источников опорного напряжения ”

	Преподаватель
	Никонов А. В.
	Разработала
	студентка гр. АС-223
	Кемстач Л. Ю..

Омск 2005

Министерство образования и науки РФ

Омский государственный технический университет

Кафедра "Автоматизированные системы обработки информации и управления"

Специальность 220200 Автоматизированные системы обработки информации и управления"

ЗАДАНИЕ  № 5

на курсовое проектирование

по дисциплине: "Электротехника и электроника"

Студенту группы АС - 223: Кемстач Людмиле Юрьевне

Тема проекта: "Блок источников опорного напряжения" 

Срок сдачи студентом законченного проекта:  16 .    05    .2005 г.

Исходные данные

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

на проектирование “Блока источников опорного напряжения ”

1.  Область применения.

Блок источников опорного напряжения используется в области метрологии.

1.  Назначение.

Блок источников опорного напряжения используется для поверки измерителей напряжения постоянного тока.

1.  Технические требования.
   1.  Показатели назначения
      1.  Выходные напряжения минус 8,14 В; 15,4 В; 4,5 В
      2.  Нестабильность выходного напряжения не более 0,2 %
      3.  Выходное сопротивление источника не более 0,1 Ом
      4.  Питание блока от источника переменного тока 50 Гц; 24 В
      5.  Обеспечить контроль со стороны внешней ЭВМ
   2.  Условия эксплуатации

Блок источников опорного напряжения используется в лабораторных условиях

1.  Этапы и стадии проектирования
   1.  Расчет на структурном уровне     с 14.02.05 по 30.03.05
   2.  Составление и расчет принципиальной схемы  с 31.03.05 по 20.04.05
   3.  Анализ метрологических характеристик   с 21.04.05 по 14.05.05

Студентка         Л.Ю. Кемстач

Преподаватель          А.В. Никонов

Содержание

Реферат

Введение

1 Аналитический обзор

В ходе обзора литературы были выделены устройства аналоги, реализующие схожие функции, но не позволяющие выполнить требования технического задания, а также устройство прототип, наиболее близко подходящее к заданию.

Параметрический стабилизатор напряжения (рисунок 1), простейший стабилизатор, он обладает высоким сопротивлением на выходе и относительно большой погрешностью стабилизации, поэтому для увеличения коэффициента стабилизации применяют каскадное соединение параметрических стабилизаторов.

Рисунок 1 - Параметрический стабилизатор

Однополярный ИОН на ОУ (рисунок 2) имеет низкое сопротивление на выходе и позволяет получить большие коэффициенты стабилизации, схема стабилизатора имеет выигрыш по массогабаритным, стоимостным и качественным характеристикам, но данная схема не способна удовлетворить требования технического задания.

Рисунок 2 - ИОН на операционном усилителе

В ходе обзора литературы было найдено устройство- это стабилизатор серии 142ЕН, представляющий собой регулируемый стабилизатор напряжения, с фиксированным рядом выходных напряжений, типовая схема включения которого приведена на рисунке 3

Рисунок 3 – Схема включения стабилизатора серии 142ЕН

Для соответствия требованиям технического задания были подобраны стабилизаторы и схемы их включения, так же добавлены делители напряжения.

РАСЧЕТ НА СТРУКТУРНОМ УРОВНЕ 

Функциональная схема блока источников опорного напряжения приведена на рисунке 4.

Рисунок 4– Функциональная схема

Можно выделить следующие блоки:

мостовой выпрямитель;

сглаживающий фильтр;

стабилизатор напряжения;

блок источников опорного напряжения;

Рассмотрим каждый блок более подробно.

Питание устройства осуществляется от источника переменного тока, значит необходимо ввести устройство, предназначенное для преобразования переменного тока в постоянный ток - мостовой выпрямитель. Основное свойство: сохранение направления протекания тока при изменении полярности входного напряжения. Принцип выпрямления основывается на получении с помощью диодной схемы из двуполярной синусоидальной кривой напряжения однополярных полуволн напряжения.

В работе в качестве выпрямителя применена схема, известная как двухполупериодный однофазный мостовой выпрямитель [], рисунок 5

Рисунок 5 – Мостовой выпрямитель

Работу мостового выпрямителя легко разбить на отдельные этапы, рассматривая, что происходит во время положительных и отрицательных полупериодов напряжения. Когда напряжение в точке А положительно, диод D1 проводит, и напряжение на верхнем конце нагрузки  положительно; в то же время напряжение в точке В отрицательно и диод D3 пропускает его к  нижнему концу нагрузки. В следующем полупериоде напряжение в точке А отрицательно, а в точке В положительно, так что диод D2 проводит от точки В к верхнему концу нагрузки, а диод D4 поводит от точки А к нижнему концу нагрузки

Полученный на выходе сигнал является однополярным, но низкого качества, так как содержит большую переменную (пульсирующую) составляющую, и его нельзя использовать в таком виде. Для дальнейшего преобразования сигнала применяется сглаживающий фильтр, который подключается к выходу мостового выпрямителя [].

Сглаживающие фильтры выполняют на основе реактивных элементов – дросселей и конденсаторов, которые оказывают соответственно большое и малое сопротивления переменному току и, наоборот – для постоянного тока []. В данной работе используется простейший емкостной фильтр (конденсатор, подключаемый параллельно нагрузке) рисунок 6 . Путем увеличения емкости конденсатора можно уменьшить пульсации напряжения до требуемого уровня.

Рисунок 4 – Простейший емкостной фильтр

Между сглаживающим фильтром и нагрузкой, устанавливается стабилизатор напряжения, который обеспечивает поддержание с необходимой точностью требуемой величины постоянного напряжения на нагрузке в условиях изменения напряжения питающей сети и тока нагрузки. Величина пульсаций уменьшается в число раз, равное коэффициенту стабилизации применяемого стабилизатора []. После стабилизации напряжения можно устанавливать ИОН, причем необходимо обеспечить питание на три направления и притом разного знака.

В работе источник опорного напряжения основан на стабилизаторе и резистивном делителе напряжения, правильный выбор номинальных значений и включений которых, определяет выходные показатели данного источника опорного напряжения.

Для обеспечения контроля со стороны внешней ЭВМ необходимо преобразовать аналоговый сигнал напряжения в его цифровой сигнал. Используется компаратор, который и выполняет эту функцию.

Сигналы со всех компараторов направляются на общий регистр, с выходов которого на ЭВМ.

ВЫБОР И РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

1 Расчет мостового выпрямителя

Для правильного выбора элементов схемы необходимо знать величины токов, текущих по цепям. Рассмотрим выбор диодов выпрямителя и расчет сопротивления нагрузки.

Рассчитаем сопротивление нагрузки. Максимально допустимое напряжение:

Umax доп = Uвх ,                          (1)

где Uвх – напряжение источника питания.

Согласно требованиям технического задания Uвх = 24 В. Следовательно, Umax доп = 34 В. Исходя из этих данных можно выбрать диоды. Диоды выбирают так, чтобы значения выпрямленного тока и допустимого обратного напряжения были равны расчетным значениям или превышали их. В данной схеме целесообразно использовать диоды типа КД103Б, у которых Uобр max = 50 В, Iпр max = 100 мА и Uпр max  = 1,2 В [].

Предположим, что ток нагрузки Iн = 0,1 А. Напряжение на нагрузке можно вычислить по формуле:

Uн = Uвх – Uпр max 2,                         (2)

где       Uн – напряжение на нагрузке;

           Uвх – напряжение источника питания;

           Uпр max 2  – напряжение для последовательного соединения диодов мостовой схемы.

Известно, что у каждого из четырех диодов Uпр max = 1,2 В. В мостовой схеме два диода всегда соединены последовательно, а значит Uпр max2 = 2,4 В. Подставив данные значения в формулу (2), получим значение напряжения на нагрузке Uн = 21,6 В.

Зная ток нагрузки Iн и напряжение нагрузки Uн, по закону Ома можно найти сопротивление нагрузки Rн =216 Ом.

2 Расчет сглаживающего фильтра

Поскольку в схеме частота сети 50 Гц (после удвоения на выпрямителе – 100 Гц), то типичная емкость конденсатора находится в диапазоне от 100 мкФ до 30000 мкФ.

Конденсатор подбирают так, чтобы выполнялось условие []:

,            (3)

где f – частота пульсаций;

Rн – сопротивление нагрузки;

C – емкость конденсатора.

При этом происходит ослабление пульсаций за счет того, что постоянная времени для разрядки конденсатора существенно превышает время между перезарядками [].

Выразив из (3) величину С: 

           (4)

и подставив численные значения, получим емкость конденсатора .

Для определения коэффициента пульсации выходного напряжения воспользуемся формулой 5:

          (5)

где I – средний ток нагрузки

C – емкость конденсатора

f – частота переменного напряжения в герцах        

Подставив численные значения, получим q ≈ 0,2.

3 Стабилизатор напряжения 

В данном проекте используются стабилизаторы серий 142ЕН. Основными критериями выборов данных стабилизаторов, послужили их номинальные значения, приведенные в таблице 1 и коэффициент нестабильности по напряжению стабилизатора, влияющий на нестабильность напряжения всего ИОН, которая должна соответствовать заданию.

Емкость входного конденсатора С1 должна быть не менее 0,33 мкФ, а емкость выходного конденсатора С2 не менее 1 мкФ [].

4 Делителя напряжения

Простейший делитель напряжения – схема, которая для данного напряжения на входе создает на выходе напряжение, являющееся частью входного, приведена на рисунке 5.

Рисунок 5 – Делитель напряжения

5 Расчет источников опорного напряжения

Для получения выходных напряжений минус 8,14 В используется схема, на основе стабилизатора 142ЕН11 изображенная на рисунке 6.

Рисунок 6 – Схема включения 142ЕН11

Требуемый уровень выходного напряжения, указанного в задании, устанавливается резисторами R1 и R2 []. Для первого источника выходное напряжение должно быть минус 8,14 В. Следовательно Uвых варьируется между минус 8,123 и минус 8,156. Для стабилизатора серии 142ЕН11 Uвых рассчитывается по формуле 3.6 [].                     (6)

Следовательно:

                     (7)

Uобр – образцовое напряжение, формируемое внутренним источником микросхемы, для данного стабилизатора Uобр = -1,25 В, а резистор R1 = 120 Ом []. Подставив значения получим, что при выходном напряжении минус 8.123 R2 = 659 Ом, а при минус 8.156 R2 = 663 Ом.

Для получения выходных напряжений 15,4 В и 4,5 В (второй и третий источник) используется схема, на основе стабилизаторов 142ЕН8А – во втором источнике и 142ЕН5А – в третьем источнике, изображенная на рисунке 7.

Рисунок 7 – Схема включения стабилизаторов 142ЕН8А и 142ЕН5А

Требуемый уровень выходного напряжения, указанного в задании, устанавливается резисторами R1 и R2 []. При данном включении таких стабилизаторов, сопротивление резистора R2 вычисляется по формуле 8 [].

        (8)

Uвых – выходное напряжение источника;

Uвыхст – выходное напряжение стабилизатора, для стабилизатора 142ЕН8А оно равно 9 В, а для 142ЕН5А равняется 5В;

Iп – ток потерь микросхемы, для обоих стабилизаторов он равен 10 мА;

R1 = 300 Ом [].

Подставив в формулу 8 численные значения, получим, что в третьем источнике опорного напряжения при выходном напряжении 15,37 В сопротивление резистора R2 = 210 Ом, при выходном напряжении 15,43 В сопротивление резистора R2 = 212 Ом; в четвертом источнике опорного напряжения при выходном напряжении 4,49 В сопротивление резистора R2 = 22,5 Ом, при выходном напряжении 4,51 В сопротивление резистора R2 = 45 Ом.

Так же в четвертом источнике опорного напряжения, так стабилизатор выдавал напряжение выше указанного в задании, я его понизил его двумя диодами по 0,7 В.

Во всех источниках регулировка выходного напряжения осуществлялась за счет регулируемого резистора R2 соответственно.

Нестабильность напряжения источников, рассчитывается по формуле 9

          (9)

Кu – коэффициент нестабильности по напряжению стабилизатора;

У стабилизатора 142ЕН11 Кu = 0,02 , у стабилизаторов 142ЕН8А и 142ЕН5А Кu = 0,05. Подставив значения выходных напряжений, указанных в задании и коэффициенты соответствующих стабилизаторов, получим значения нестабильности, указанные в таблице 2.

Выходное сопротивление источников рассчитывалось по формуле (3.10)

         (10)

КI – коэффициент нестабильности по току стабилизатора

Таблица 1 –

	142ЕН11	142ЕН8А	142ЕН5А
Uвх, В	5…45	11,5…35	7,5…15
Uвых, В	1,2...37	8,73…9,27	4,9…5,1

1. Калькуляция себестоимости на сырье и материал
2. Революция в Англии. Суд и казнь Карла I
3. Лабораторная работа 2
4. Коллекторный электродвигатель
5. Учет капитала
6. .Есть ли закономерности в историческом развитии 2.
7. на тему- Можливості використання інформації
8. Звук Звуковые волны
9.  Теоретические основы сегментной отчетности 1
10. ссылки на видео и на чушь абу мусы найдете сами
11. Новые тенденции в мировом хозяйстве и международном разделении труда
12. тур Брифинг это акция одной новости короткая встреча официальных лиц представляющих государственные ил
13. реферату- Ідейнотеоретичні основи інституціоналізму етапи його розвиткуРозділ- Історія економічних вчень
14. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА По конструктивной части курсового проекта Выполнил- студент гр
15. Корпорация Казахмыс Шахтопроходческого треста им
16. Психологическое обоснование взаимоотношений между военнослужащими
17. Международные корпорации- их виды и тенденции развития
18. тема поставит вас в первую линию к вашему спонсору
19. тема матеріальних одиниць звуків слів моделей речень тощо яка існує поза часом і простором
20. Изучение семей учащихся Мударисова Гульшат Ильясовна учитель начальных классов

Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе