Разработка источника опорного напряжения с двухполярным выходом (2)
1.3 Описание работы источника опорного напряжения
В данной схеме источника опорного напряжения c двухполярным выходом (рисунок 2) возможно получение разнополярных стабилизированных напряжений. Схема содержит два операционных усилителя, совершенно идентичных по параметрам. Данное устройство обеспечивает выходные напряжения меньшие по модулю, чем опорное напряжение Uo.
Рисунок 2 – Принципиальная схема источника опорного напряжения с двухполярным выходом
В данном случае
(2)
Отсюда находим
(3)
(4)
Начальная несимметрия в данном стабилизаторе обеспечивается путем подачи в стабилитрон небольшого начального тока. Для этой цели в стабилизаторе к цепи со стабилитроном присоединяют инверсный вход первого ОУ.
Оба инвертирующих операционных усилителя (ОУ) DA1 и DA2 имеют обратные связи (ООС), в цепь ООС этих ОУ включены резисторы R1 и R2, для первого ОУ и R4, R5 для второго ОУ. С помощью этих резисторов мы можем регулировать величину выходного напряжения обоих ОУ (UCT+ и UCT-). При этом напряжение на выходах ОУ уже стабилизированное. В цепь обратной связи включен и стабилитрон VD, задающий опорное напряжение в схеме. Резистор R3 задает величину тока проходящего через стабилитрон. В схеме ОУ выбираются одинаковыми с необходимым выходным током./3/
2 Расчёт номинальных значений элементов
Рассчитаем вначале второй каскад схемы
Зададимся сопротивлением R4. Возьмем R4=40 кОм. Тогда получим
(5)
кОм. (6)
Ток проходящий через резистор R4 равен
мА (7)
мА (8)
Токи IR4 и IR5 равны между собой, при чем ток IR5 есть Iоос
Примем условие, что выходной ток ОУ2 равен 20мА, тогда
мА (9)
Аналогично рассчитывается и первый каскад схемы. Возьмем R1=100 кОм.
(10)
кОм (11)
Ток проходящий через резистор R1 равен
мА (12)
мА (13)
Так как резистор R3 токозадающий, то зададимся таким его значением, чтобы было впоследствии легко подобрать стабилитрон для схемы. Возьмем R3=2 кОм
мА (14)
Исходя из рассчитанных данных посчитаем по формуле (3) либо (4) опорное напряжение, далее исходя из его значения можно будет подобрать необходимый стабилитрон.
В (15)
Произведём расчёт мощности, рассеиваемой на каждом резисторе по формулам:
мВт (16)
мВт (17)
мВт (18)
мВт (19)
мВт (20)
Рассчитаем допустимую отклонение значений рассчитанных элементов исходя из того что ∆Ucт = 1%. Основной вклад в отклонение реальных значений выходных напряжений от требуемых вносят резисторы и стабилитрон.
Расчет допустимого отклонения произведем по формуле:
,
где ∆U0 – разница между выбранным значением опорного напряжения и рассчитанным, U0 – выбранное значение опорного напряжения, ∆Ri – разница между выбранным значением сопротивления и рассчитанным, R0 – выбранное значение сопротивления
3 Обоснование выбора типа элементов
На основании выполненных в пункте 2 расчетов произведем выбор необходимых для источника опорного напряжения элементов.
Для выбора операционного усилителя необходимо определить, какой выходной ток он должен обеспечивать, операционный усилитель должен иметь выходной ток свыше 10мА, также его внутреннее сопротивление должно быть свыше 106 Ом.
Данным требованиям удовлетворяет операционный усилитель КР544УД1А. Дифференциальный ОУ с высоким входным сопротивлением и низким уровнем шумов. Предназначен для широкого класса аналоговых устройств.
— Выходной ток IВЫХ=20 мА;
— Напряжение питания UИП1=(15+1,5) В, UИП2=(-15+1,5) В;
— Потребляемый ток IПОТ=3,5 мА;
— Средний входной ток IВХ= 0,15 нА;
— Разность входных токов ∆IВХ= 0,05 нА;
— Напряжение питания UИП1=(15+1,5) В, UИП2=(-15+1,5) В;
— Напряжение смещения UСМ=15мВ;
— Входное сопротивление RВХ= 103 МОм
Из данного расчёта следует, что можно использовать резисторы с рассеиваемой мощностью 
Вт.
Выбираем следующие прецезионные резисторы:
R1 – C2-29В – 0,062 – 100 кОм ± 1%
R2– C2-29В – 0,062 – 200 кОм ± 1%
R3– C2-29В – 0,062 – 2 кОм ± 1%
R4– C2-29В – 0,062 – 39,8 кОм ± 1%
R5– C2-29В – 0,062 – 20 кОм ± 1%
Выбор стабилитрона произведем с учетом необходимого UСТ.НОМ. , а также необходимо учесть ток протекающий через него. Он составляет 5мА. Выберем стабилитрон КС220Ж с параметрами:
– напряжение стабилизации номинальное 20 В;
– ток стабилизации 5мА;
– максимальная мощность рассеиваемая на стабилитроне 125 мВт /3/,/4/
Вывод
В результате выполнения данной курсовой работы был произведён анализ принципа действия источника опорного напряжения с двухполярным выходом, а также был произведён расчёт номинальных значений. После этого были выбраны типы элементов. Было рассчитано предельное отклонение выбранных значений параметров элементов от номинальных, что составило 0,97%, что соответствует требуемой точности.