3.Организация питания выходного каскада и операционных усилителей.

1. Организация питания выходного каскада

Рис. 5

Целесообразно использовать диодный блок (в интегральном исполнении), в котором диоды соединены по мостовой схеме (рис.5). Для выбора блока необходимо знать средний и максимальный токи через диоды и обратные напряжения на них.

Если на выходной каскад должно подаваться сглаженное напряжение, то необходим фильтрующий (сглаживающий) конденсатор С_Ф1. Для пульсирующего питания он не нужен.

Для выходного каскада из п.1.4 известны и

Средний ток через диод определяется по формуле:

Рассчитаем эквивалентное сопротивление нагрузки источника питания:

Зададимся некоторым коэффициентом пульсации Кп≤6-7% . При таком коэффициенте пульсации можно аппроксимировать временную диаграмму напряжения, получаемого на выходе фильтра, отрезками прямых. Тогда справедлива формула для расчета емкости конденсатора:

Чтобы оценить пиковые значения зарядного тока I_пик, протекающего через диоды и конденсатор, можно воспользоваться специальными таблицами (графиками), дающими зависимость . Можно также прибегнуть к графическому методу оценки: зная и , найдем постоянную времени цепи разряда: τ = . Затем построим диаграмму напряжения, отложив τ по оси времени (рис.6).

Рис.6

Отсюда графически оценим отношение времен заряда и разряда (t_зар/ t_разр).

Соотношения токов разряда и заряда приблизительно обратно пропорциональны соотношениям соответствующих времен: (I_разр / I_зар.)= (t_зар /t_разр) .

Поскольку при максимальном потреблении тока от источника:

I_разр=I_п-макс,

то ток заряда найдем как:

I_зар.= I_п-макс (t_разр /t_зар) .

Пиковый ток через диод: I_пик =I_зар+ I_п-макс

Максимальный ток через диод: I_д-макс= I_пик

С учетом падения напряжения на открытых диодах на входе моста необходимо обеспечить:

U_{вх.D4 макс}= U_{п- макс}+2 U_д.прям,

Обратное напряжение на диоде определим по формуле:

U_д-обр= U_{вх.D4 макс} - U_д.прям,

где U_д-пр - падение напряжения на прямо включенном (открытом) диоде, приблизительно равное 1В.

Далее выбираем диодный блок D4 из условий:

В качестве примера в таблице 8 приведены данные на диодный блок КЦ 407А – диоды кремниевые в пластмассовом корпусе, соединенные по мостовой схеме.

Таблица 8

Обозначение, принимаемое в расчетах	Значение параметра	Описание
Iд.бл-ср [мA]	300	Постоянный или средний прямой ток при T= 328К
Iд.бл-ср [мA]	150	Постоянный или средний прямой ток при T= 358К
Uд.бл-обр [В]	500	Обратное падение напряжения на диоде
Iд.бл-макс [А]	3	Прямой импульсный ток

3.2. Организация питания операционных усилителей

Микросхемы операционных усилителей требуют питания сглаженным стабилизированным напряжением. Для организации такого питания можно использовать интегральную сборку сдвоенного диодного моста и микросхему двуполярного стабилизатора напряжения, или же отдельно два мостовых выпрямителя и два стабилизатора напряжения. Последний вариант показан на рис.7. Здесь по требуемому для ОУ значению U_{п мс} = ±15В выбран из справочника стабилизатор КР142ЕН8В, характеристики которого приведены в Таблице 9.

Рис.7

Таблица 9

Обозначение, принимаемое в расчетах	Значение параметра	Описание
[В]	35	Максимальное входное напряжение
[В]	17.5	Минимальное входное напряжение
[В]	(14,55.. 15,45)	Выходное напряжение при
[мА]	1500	Максимальный выходной ток
[мА]	600	Минимальный выходной ток
[дБ]	30	Коэффициент сглаживания пульсаций
[ мА]	20	Ток потребления

В паспорте на микросхему КР142ЕН8В рекомендовано придерживаться следующих условий:

Однако необходимо обеспечить уровень пульсаций напряжения на входе КР142ЕН8В, при котором бы оно не опускалось ниже =17.5В. Зададимся амплитудным значением напряжения на выходе диодного моста D5, например, U_{вых.D5 макс} = 20В. Тогда приемлемым будет уровень пульсаций менее 2,5В. Потребуем 2В, т.е. 10%. Выясним, какая понадобится емкость конденсатора С4 для обеспечения таких пульсаций. В данном случае, в отличие от п.3.1, покажем, как можно обойтись исключительно графической оценкой.

Определим из рисунка 9 требуемую постоянную времени τ1. Отложим на диаграмме U_{вых.D5 макс} = 20В и U_{вых.D5 мин} = 18В. Через полученные точки A и B проведем наклонную прямую. На пересечении с осью абсцисс имеем τ1.

Рис. 9

Найдем эквивалентное сопротивление нагрузки для одного из диодных блоков. Ток, потребляемый стабилизатором, определяется потреблением трех ОУ и собственным потреблением микросхемы стабилизатора. Значит,

Cреднее напряжение на выходе диодного блока при U_{вых.D5 макс} = 20В и уровне пульсаций 10% составит U_{вых.D5 ср} =19В. Тогда эквивалентное сопротивление нагрузки:

.

Отсюда требуемая емкость фильтрующего конденсатора:

С4= τ1/

Для С6 получим тот же результат. С5 и С7 можно взять согласно рекомендации паспорта на микросхему КР142ЕН8В (10мкФ).

Необходимое напряжение на входе мостов:

U_{вх.D5 макс}= U_{вых.D5 макс}+2 U_д.прям,

Прямое падение напряжения на диоде U_д.прям ≈1В.

По аналогии с п.3.1 пиковый ток через диоды:

I_.пикD5= I_выхD5 (t_разр1 /t_зар1)+ I_выхD5 ,

где времена t_разр1 , t_зар1 определяются графически. Средний ток: I_срD5 = I_выхD5

Обратное напряжение на диоде определим по формуле:

Выбираем диодные блоки D5, D6 из условий:

Другой вариант схемного решения для блока питания ОУ представлен на рис.10.

Здесь может быть применена, например, микросхема КР142ЕН15А, представляющая собой двухполярный стабилизатор напряжения с фиксированным значением выходного напряжения 15 (В). Ее характеристики приведены в таблице 10.

С₆

С₇

С₈

С₉

С₁₁

С₁₀

Рис.10

Табл.10

Обозначение	Значение	Примечание
Uвх.ст.max.	 30 (В)	Входное напряжение
Iвых.ст.max.	100 (мА)	Максимальный входной ток
Ксг.ст.	30 (Дб)	Коэффициент сглаживания пульсаций
Iпот.ст.	5 (мА)	Ток потребления

Расчеты для этой схемы подобны рассмотренным выше.