3.1 Розрахунок обмежувача напруги

Обмежувач напруги (рисунок 3.1) являє собою каскад, що інвертує, на операційному підсилювачі із ключовим елементом у вигляді транзистора в ланцюзі зворотного зв'язка й призначений для обмеження вихідного сигналу завдання на рівні 5В.

Рисунок 3.1 – Обмежувач напруги

Для побудови обмежувача напруги вибираємо операційний підсилювач К544УД1.

Технічні характеристики операційного підсилювача К544УД1:

1. Напруга живлення ±15

2. Вхідне (диференціальне) напруга U_вх.дф, В 10

3. Синфазна вхідна напруга U_сф.вх, В ±10

4. Опір навантаження R_н, Ом 2

5. Ємність навантаження С_н, пФ 500

6. Споживаний струм I_сп, мА 3,5

7. Напруга зсуву |U_см|, мВ 50

8. Середній вхідний струм I_вх, мА 1

9. Коефіцієнт підсилення напруги k_п• 10³ 10-20

10. Кос,дБ 64

12. f₁, мГц 1

13.U _вых, В/мкс 2

14. R_вх• 10⁹, Ом 10

Вибираємо R₁=20 кОм.

Виходячи з міркувань, що U_зад=U₁ маємо ,що коефіцієнт підсилення дорівнює:

R₁=R₂=20 кОм.

Вибираємо резистори R₁, R₂ МЛТ-0,25 – 20 кОм ± 5%.

Щоб зменшити вплив зміщення вхідної напруги викликаного протіканням вхідних струмів операційного підсилювача через вхідні ланцюги, вибираємо

резистор R₃ з наступного співвідношення:

кОм.

Для ключового елементу ланцюга зворотного зв'язку вибираємо транзистор типу КТ361А що має наступні технічні характеристики:

1. Потужність на колекторі, мВт 150

2. Струм колектора, I_к, мА 100

3. Напруга колектор-емітер , В 20

4. Загальний тепловий опір Rt ^ос/мВт 0,67

5. Зворотний струм колектора при Iзв.к=10 У, мкА 1

6.Статичний коефіцієнт підсилення струму бази (U_к=10 У, I_э=1мА) 20÷90

7.Зворотній струм емітера при U_б.п <30мА

Струм, що протікає через колектор транзистора знаходимо з формули :

(3.1)

де I_k – струм колектора, А

U_з – напруга завдання, В

R₁ – вхідний опір, Ом

тоді:

мА.

Струм бази транзистора знаходимо з виразу:

(3.2)

де I_б – струм бази транзистора, А

I_к – струм колектора транзистора, А

β- статичний коефіцієнт підсилення струму бази

Статичний коефіцієнт β =20 (з довідника)

I_бА.

Виходячи з того, що струми, які протікають через базу транзистора VT мають малі значення, приймаємо величину резистора R₄=4,3 кОм, R₅=3 кОм.

Вибираємо резистор типу МЛТ-0,25.