2. 1 Расчет магнитной цепи при холостом ходе (стр. 6 из 11)
Максимальное выходное напряжение разрабатываемого устройства UВЫХ.МАХ=12 В, минимальное сопротивление нагрузки RН.МIN=20 кОм, а максимальный выходной ток равен:
IВЫХ.МАХ=UВЫХ.МАХ/RН.MIN=100/20000=5 мА,
исходя из этого, на выходе устройства выбираем операционный усилитель средней мощности К157УД1, включенный по схеме не инвертирующего усилителя. Микросхема К157УД1 имеет параметры: IВХ=500 нА; IВЫХ=0,3 А; Ку.u.=5∙104; ∆UСМ=50 мкВ/0С; IПОТ=9 мА; UВЫХ.МАХ=12 В; UПИТ=±15 В; RН.MIN=200 Ом.
Рис. 6
Тук как была введена единичная обратная связь, то γ=1.
Используя ЛАЧХ (Приложение 2) для выбранной микросхемы, определим значения коэффициентов усиления на граничных частотах заданного рабочего диапазона:
Кu(fн)=1·103;
Кu(fв)=5·102.
Коэффициент усиления на граничных частотах определяется выражениями:
Кн=Кu(fн)/(1+Кu(fн)·γ)=0,999,
Кв=Кu(fв)/(1+Кu(fв)·γ)=0,998.
Вычислим коэффициент частотных искажений для выходного каскада:
МВЫХ=|Кн/Кв|=1,001.
Таким образом, коэффициент частотных искажений всего усилителя равен:
М=Мвх∙Мпр∙Мвых=1,00225.
Фазовый сдвиг, вносимый усилителем К157УД1 находим по ФЧХ (Приложение 2). В рабочем диапазоне частот он равен 900.
Как было показано выше, фазовый сдвиг вносимый усилителем К140УД26А на верхней границе рабочих частот равен 900, следовательно, фазовый сдвиг всего усилителя будет равен 900.
6. Расчет блока питания
Блок питания разрабатываемого прибора должен питаться от сети переменного тока 220В±10%, 50 Гц и обеспечивать выпрямленное стабилизированное напряжение ±15 В. Данное напряжение питания можно реализовать при помощи двухполярного стабилизатора с соответствующим напряжением стабилизации.
Для расчета блока питания необходимо рассчитать общую потребляемую мощность всех активных элементов цепи. Данные для расчета приведены в таблице 3.
Таблица 3
| Тип микросхемы | Количество, шт | Напряжение, В | Ток, А | Мощность, Вт |
| К140УД26А | 6 | 15 | 0,0077 | 0,1155 |
| К157УД1 | 1 | 15 | 0,059 | 0,885 |
| 1,0005 |
Для выбора трансформатора, на основе которого будет реализован блок питания, рассчитаем мощность потребления, а также суммарный ток, включая выходной ток.
Трансформатор подбираем из условия обеспечения тока, мощности и выходного напряжения на обмотках. Выбираем трансформатор типа ТПП247-127/220-50, работающий при напряжении питания 220 В и частоте 50 Гц.
В таблице 4 приведены характеристики трансформатора.
Таблица 4
| Тип трансформатора | Номинальная мощность, В*А | Напряжение выводов обмотки, В | Ток вторичной обмотки, А | ||
| 11-12 13-14 | 15-16 17-18 | 19-20 21-22 | |||
| ТПП247-127/220-50 | 14,5 | 10 | 20 | 2,58 | 0,233 |
Как видно из таблицы 4, данный трансформатор полностью удовлетворяет требованиям.
Для получения напряжения ±15 В будем использовать выпрямление, фильтрацию и стабилизацию напряжения. Но данные процедуры могут оставить на выходе лишь 18-19 В, что достаточно для 15В-го питания.
Напряжение будет выпрямлено на диодной сборке 4GBU01, 1 фазный мост, 4 А, 100 В (см. приложение 3).
Для сглаживания пульсаций будет вполне достаточно конденсатора емкостью 2200 мкФ.
Конденсаторы выбираем типа К50-38.
Для стабилизации напряжений ±15 В выбираем микросхемные стабилизаторы напряжения, рассчитанные на одно фиксированное значение. Для стабилизации +15 В и -15 В соответственно 7815 и 7915 (см. приложение 4), которые также имеют максимально допустимые токи нагрузки 1,5 А.
7. Расчет погрешностей
Как видно из коэффициента частотных искажений, погрешность коэффициента усиления составила 0,225%, что удовлетворяет требованиям технического задания.
Заключение
На основании технического задания был спроектирован усилитель напряжения, имеющий коэффициент усиления по напряжению Ку.u.=500.
Для получения необходимого Iвых и Uвых (выходного тока в нагрузке и выходного напряжения) схема данного усилителя содержит выходной каскад на операционном усилителе средней мощности К157УД1.
Все сопротивления в каскадах ОУ были подобраны из номинального ряда (но как можно ближе к рассчитанным значениям), чтобы выдерживались требуемые параметры, заданные техническим заданием.
Дополнительный фазовый сдвиг усилителя на превышает 90 градусов, что удовлетворяет требованиям технического задания.
Коэффициент частотных искажений составил М=1,00225, что удовлетворяет требованиям технического задания.
В данном проекте экономическая часть во внимание не принималась.
Список литературы:
1. Акимов Н. Н., Ващуков Е. П. Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА. Справочник - Минск, 1994.
2. И. Достал. Операционные усилители - М.: “Мир”, 1982.
3. Интегральные микросхемы. Операционные усилители, том 1, “Высшая школа” - Москва, 1993.
4. Гусев В. Г., Мулик А. В. Аналоговые измерительные устройства. - УГАТУ, Уфа, 1996.
5. Гусев В. Г. Электроника и микропроцессорная техника: Учеб. для вузов/В. Г. Гусев, Ю. М. Гусев. - 3-е изд., перераб. доп. - М.: Высш. шк. - 790 с.: ил.
6. П. Хоровиц, У. Хилл. Искусство схемотехники. - М.: “Мир”, 2001.
7. Разработка и оформление конструкторской документации радиоэлектронной аппаратуры: Справочник/Э. Т. Романычева, А. К. Иванова, А. С. Куликов и др.; Под ред. Э. Т. Романычевой. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1989. - 448 с.: ил.
8. Шило В. Л. Популярные цифровые микросхемы. Справочник - Челябинск, 1987.
1. Техническое задание
Разработать нормирующий измерительный усилитель с источником питания и защитой от перенапряжения входного сигнала (входным сигналом является напряжение, выходным – ток). Технические условия приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Параметры
СОДЕРЖАНИЕ
Техническое задание
ВВЕДЕНИЕ
Расчет привода
1. Выбор электродвигателя
2. Определение передаточного числа
3. Выбор материала зубчатых колес и определение
допускаемых контактных напряжений
4. Определение межосевого расстояния
5. Определение модуля передачи
6. Определение чисел зубьев шестерни и колеса
7. Уточнение передаточного числа
8. Определение основных геометрических размеров
шестерни и колеса
Сводная таблица параметров прямозубого цилиндрического
зацепления без смещения
9. Проверка зубьев на выносливость по контактным
напряжениям
10. Сопоставление расчетного и допускаемого контактных
напряжений
11. Определение усилий в зацеплении
12. Проверка зубьев на выносливость по напряжениям
изгиба
13. Сопоставление расчетного и допускаемого напряжения
изгиба
14. Проектный расчет валов
15.1 Ведущий вал. Эскиз
15.2 Ведомый вал. Эскиз
15. Определение конструктивных размеров зубчатых колес
15.1 Определение конструктивных размеров
цилиндрического прямозубого колеса
16. Подбор и проверка шпонок
17. Расчет усилий в зацеплении, закрытой и открытой передач
18. Выбор расчетной схемы ведомого вала.
Определение опорных реакций, построение эпюр
изгибающих и крутящих моментов
19. Подбор и расчет подшипников
20. Проверочный расчет ведомого вала
20.1 Выбор материала вала
20.2 Расчет вала на выносливость
20.3 Расчет вала на статическую прочность при перегрузках
21. Расчет элементов корпуса
22. Смазка редуктора
23. Выбор способа и типа смазки подшипников
24. Сборка узла ведомого вала
Приложение 1
Приложение 2
Спецификация
Список литературы
Задание на проектирование:
Одноступенчатый вертикальный редуктор: зацепление цилиндрическое, прямозубое. На выходе ведомого вала - открытая прямозубая цилиндрическая шестерня.
Исходные параметры:
T2 = 40 Н*м - крутящийся момент на выходном валу;
n2 = 420 об/мин - частота вращения выходного вала;
Lh = 12000 ч.
Введение
Редуктор - механизм, служащий для уменьшения частоты вращения и увеличения вращающего момента. Редуктор законченный механизм, соединяемый с двигателем и рабочей машиной муфтой или другими разъемными устройствами. Редуктор состоит из корпуса (литого чугуна или стального сварного). В корпусе редуктора размещены зубчатые или червячные передачи, неподвижно закрепленные на валах. Валы опираются на подшипники, размещенные в гнездах корпуса; в основном используют подшипники качения. Тип редуктора определяется составом передач, порядком их размещения в направлении от быстроходного вала к тихоходному и положением осей зубчатых коле в пространстве.