2.2 Выбор принципиальной схемы усилителя напряжения

Напряжения источника, данного в задании, не хватает, чтобы питать такую схему. Поэтому необходимо либо использовать трансформаторный каскад, либо мостовую схему, составленную из двух двухтактных каскадов. Однако, мостовая схема должна использовать два двухтактных эмиттерных повторителя, что в свою очередь понизит значительно КПД, т.к. основные потери энергии приходятся на эмиттерные повторители. Выберем трансформаторную схему для построения усилителя напряжения. Такая схема содержит меньше элементов, чем дополнительный источник питания и двухтактная повторитель. Основным преимуществом трансформатора является его способность обеспечивать гальваническую развязку между каскадами. К недостаткам можно отнести наличие такого громоздкого и непригодного для интегрального исполнения элемента, как трансформатор.

Схема усилителя напряжения изображена на рисунке 5.

2.3 Выбор принципиальной схемы усилителя тока

Ток на выходе операционного усилителя достаточно мал. По условию задания ток на нагрузке должен быть равен: . Напряжение на нагрузке равно:

И

Рисунок 6 –Усилитель тока

з формул видно, что ток нагрузки больше, чем ток на выходе ОУ, а также напряжение на нагрузке выше напряжения питания. Поэтому на выходе ОУ подключим усилитель тока – эмиттерный повторитель, а на выход УТ - вход УН. Исходя из справочных данных на транзисторы, в данном усилителе тока можно получить выходной ток до 100мА, что соответствует условию задания.

На входе усилителя тока установлен разделительный конденсатор С4 для того, чтобы отделить постоянные составляющие напряжений ОУ и УТ. В результате чего конденсатор пропускает только переменное напряжение. Принципиальная схема УТ изображена на рисунке 6.

3 Расчет принципиальной электрической схемы

3.1 Расчет усилителя напряжения

Через мощность и сопротивление на нагрузке Pн = 3 Вт, Rн = 400 Ом найдем максимальное напряжение на нагрузке.

	(
	(
	(

Максимальное напряжение на нагрузке Uн_макс=49 В больше, чем Uпит=24 В, поэтому необходимо использовать повышающий трансформатор. Примем КПД трансформатора =0,85.

	(
	(
	(

Примем коэффициент трансформации n=2.

	1
	(

Определим Zвх трансформатора:

(

Определим индуктивность первичной обмотки трансформатора на частоте f=1000 Гц:

(

Спроектируем трансформатор со следующими параметрами:

- выходная мощность во вторичной обмотке Pн  3 Вт;

- коэффициент трансформации n=2;

- рабочая частота f  1 кГц.

Выберем феррит в качестве материала сердечника, т.к. его критическая частота f_кр=3,9 МГц (частота, при которой феррит еще не теряет своих изначальных характеристик) удовлетворяет условию задания f  1 кГц; тороид в качестве формы сердечника. Выберем феррит М400НН с магнитной проницаемостью =400, для тороида магнитную проницаемость выберем ту же =400. Мощность нагрузки и мощность трансформатора будут соответственно равны:

(

Вычислим площадь сечения сердечника S:

(

Отсюда диаметр d сечения сердечника будет равен:

(

Через индуктивность L первичной обмотки трансформатора найдем количество витков в первичной обмотке N₁:

(

где l-средняя линия тороида.

(

Значит, количество витков во вторичной обмотке N₂ будет равно:

(

Рассчитаем диаметр провода первичной обмотки d₁ и вторичной обмотки d₂:

(

Обозначения нашего сердечника будут следующими: К29119,

где 29 - внешний диаметр;

11 - внутренний диаметр;

9 – диаметр сечения.

Наиболее близкий из стандартных сердечников – К30109.