Разработка имитатора сигналов для электрокардиографов
Диссертация - Компьютеры, программирование
Другие диссертации по предмету Компьютеры, программирование
ое напряжение в очень широких пределах - от 1,3 до 37 В. Регулирующий элемент стабилизатора включен в плюсовой провод питания. Выходной ток (ток нагрузки) - до 1 А.
Этот микросхемный стабилизатор относится к самым высоковольтным в серии К142. Она устойчива к импульсным перегрузкам по мощности, оснащена системой защиты от перегрузок по выходному току.
Прибор оформлен в пластмассовом корпусе КТ-28-2. Со стороны одной из широких граней в корпус вмонтирован удлиненный теплоотводящий фланец с крепежным отверстием. Масса прибора - не более 2,5 г [16].
Электрические характеристики микросхемы КР142ЕН12А:
минимальное выходное напряжение (при входном напряжении 5 В и токе 5 мА) - 1,3 В;
предельно допустимый выходной ток - 1 А;
минимальное падение напряжения (при входном напряжении 18,5 В) - 3,5 В;
нестабильность выходного напряжения по входному напряжению (при увеличении входного напряжении от исходного значения 20 В, выходном напряжении 15В и выходном токе 5 мА) - 0,01 %/В;
температурный коэффициент выходного напряжения - 0,02 %/оС;
изменение выходного напряжения за 500 ч работы (при входном напряжении 45 В, выходном 15В и выходном токе 23 мА) - 1%;
температурный рабочий интервал -10 … + 70 оС.
Типовая схема включения микросхемы КР142ЕН12А показана на рисунке 2.13.
Рисунок 2.13 - Схема включения микросхемы КР142ЕН12А
Микросхема рассчитана на работу с теплоотводом. Мощность, рассеиваемая микросхема с теплоотводом, не должна превышать 10 Вт [17].
Резисторы R1 и R2 образуют внешний регулируемый делитель напряжения, входящий в измерительный элемент стабилизатора. Значения сопротивления резисторов связаны формулой
, (2.8)
где - ток через резисторы R1 и R2 измерительного элемента; минимально допустимое значение этого тока - 55 мкА.
Для определения сопротивления резистора R1 воспользуемся формулой (2.8)
При R2=4,7 кОм получим:
Ом.
Таким образом, примем Ом.
Для снижения уровня фона при выходном напряжении, близком к минимальному, в измерительный элемент включен сглаживающий конденсатор С2. Емкость этого конденсатора должна быть достаточной для эффективного сглаживания (обычно около 10 мкФ) [16].
Для максимальной реализации стабилизирующих качеств микросхемы необходимо подключать резистивный делитель напряжения R1R2 и выходной конденсатор С3 как можно ближе к ее выходу, а саму микросхему монтировать в непосредственной близости к нагрузке.
2.4.4 Электрический расчет выпрямителя и фильтра
Выпрямительные устройства (выпрямители) относятся к вторичным источникам электропитания, для которых первичными источниками являются сети переменного тока. Выпрямители используются для преобразования переменного напряжения питающей сети в постоянное. Вентиль представляет собой нелинейный элемент, сопротивление которого в прямом направлении в сотни - тысячи раз меньше, чем в обратном.
Основными параметрами выпрямителей являются:
напряжение и частота питающей сети и их отклонения от номинальных;
полная мощность, потребляемая от питающей сети при номинальной нагрузке;
номинальный ток нагрузки и его возможные отклонения от номинального;
номинальное выходное напряжение;
коэффициент пульсаций выходного напряжения Кп0, %, который представляет собой отношение двойной амплитуды пульсаций 2Um к номинальному выходному напряжению U0:
. (2.9)
Двойная амплитуда пульсаций измеряется как сумма положительной и отрицательной полуволн переменной составляющей выходного напряжения [15].
Однофазная мостовая схема, которая изображена на рисунке 2.14, характеризуется хорошим использованием мощности трансформатора, поэтому рекомендуется при выходных мощностях до 1000 Вт и более.
Рисунок 2.14 - Однофазная мостовая схема
Обратное напряжение на вентилях при этой схеме в два раза меньше, чем при одно- и двухполупериодной схемах выпрямителя. Напряжение на вторичной обмотке трансформатора при мостовой схеме примерно в два раза меньше, чем при двухполупериодной со средним выводом обмотки, частота пульсаций такая же.
Теперь произведем расчет выпрямителя.
Исходными данными для расчета выпрямителя являются выпрямленные напряжение U0 и ток I0, коэффициент пульсаций напряжения на входе фильтра Кп0, напряжение питающей сети f. Частота питающей сети 50 Гц. Коэффициент пульсаций, принимаемый для расчета, не должен превышать 0,15, а допустимое относительное значение переменной составляющей напряжения для выбранных конденсаторов фильтра должно быть не меньше 0,05.
Для оптимального питания генератора сигналов для электрокардиографа необходимы:
1);
) ;
) .
Определим значения обратного напряжения на вентилях , среднего тока и амплитуды тока через вентили.
. (2.10)
. (2.11)
. (2.12)
Выбираем диоды типа КД226А с параметрами:
максимальное обратное напряжение - 100 В;
максимальный прямой ток - 2 А;
максимальный обратный ток - 50 мкА;
максимальное прямое напряжение - 1.4 В.
Далее определим сопротивление нагрузки выпрямителя:
. (2.13)
Принимаем сопротивление обмоток трансформатора:
. (2.14)
Найдем прямое сопротивление выпрямительного диода по приближенной формуле:
, (2.15)
где - постоянное прямое напряжение на диоде.
. (2.16)
Определим активное сопротивление фазы выпрямителя по формуле:
. (2.17)
Далее необходимо найти расчетный коэффициент А по формуле:
. (2.18)
В зависимости от найденно