Расчёт схемы термостабилизации

4.6 Расчёт схемы термостабилизации

При повышении температуры энергетическая характеристика лазерного диода смещается. Для обеспечения стабильности работы излучателя, в схему лазерного излучателя необходимо ввести систему термостабилизации, цель которой, обеспечивать стабилизацию рабочей точки излучателя при отклонениях температуры.

На рис. 4.5 представлена принципиальная схема термостабилизации одноволоконного оптического передатчика. Эта схема построена из следующих составных частей:

-генератор стабильного тока(ГСТ);

-температурный датчик(диод);

-усилитель;

 В генераторе стабильного тока ток через транзистор VT2, при равенстве сопротивлений R1 и R2, одинаков с током через VT1 и не зависит от сопротивления нагрузки коллекторной цепи VT2.

В правую ветвь включен диод VD у которого ВАХ при различных показаниях температуры имеет следующий вид (рис.4.6):

Так как ток проходящий через VD имеет постоянное значение и не зависит от температуры то при изменении температуры VD с t1 до t2 - изменяется напряжение на нём. Это обстоятельство и даёт нам возможность управлять выходным напряжением усилителя.

Рассчитаем основные элементы схемы:

Пусть ток ІR1=1мА и сопротивления R1 и R2 равны по 1кОм.

Тогда

Падение напряжения Uбэ составит 0.6В.

Найдём значение сопротивления R3:

VT1 и VT2 выберем из справочника КТ337А. VD выбираем КД102A.

В качестве усилителя возьмём операционный усилитель К544УД1 включенный по классической схеме. Питание ОУ двух полярное ±15В.

Диаппазон изменения Uвыхоу должен составлять не менее 0,15 В при изменении температуры от 10°С до 40°С. При этом изменение UVD составляет 18мВ (0,6мВ/К по справочным характеристикам). Тогда коэффициент усиления по напряжению должен составлять:

Принимаем значение R6=10кОм, тогда:

Таким образом напряжение на выходе ОУ будет прямо пропорционально зависеть от падения напряжения на VD, которое в свою очередь имеет зависимость от температуры термодатчика.

Начального значение  будет регулироваться переменным сопротивлением R5=1,5кОм.

4.7 Расчёт источника питания одноволоконной оптической системы передачи

В составленной схеме оптического передатчика имеем следующие номинальные напряжения питания: +6В, +15В, -15В. Необходимо разработать блок питания для одноволоконного оптического передающего устройства и рассчитать основные его элементы.

Найдём токи потребляемые передатчиком для разных номинальных напряжений.

Для Uн= +6В:

В цепи АРУ микросхема К175ДА1 потребляет 3мА.

Возьмём ток нагрузки на выходе БП равным 20мА, т.е. с небольшим запасом. ІН(+6)=20мА

Для Uн= -15В:

В цепи входного усилителя микросхема К140УД11 потребляет 5мА

В цепи температурного стабилизатора К544УД1 потребляет 7мА.

Примем ток нагрузки ІН(-15)=20мА

Для Uн= +15В:

В цепи входного усилителя микросхема К140УД11 потребляет 10мА

В цепи температурного стабилизатора К544УД1 потребляет 7мА и на транзисторах VT2 и VT3 – 2мА.

Оптический модулятор потребляет 200мА.

Примем ток нагрузки ІН(+15)=250мА

Исходные даннные:

На выходе БП должно быть +6В, +15В, -15В при токах нагрузки соответсвенно 20мА, 250мА и 20мА.

На рис.4.8 представлена электрическая схема предполагаемого блока питания.

Для получения стабильного постоянного напряжения на нагрузке при изменении потребляемого тока к выходу выпрямителя подключают стабилизатор. Расчет позволит выбрать все элементы стабилизатора, исходя из заданного выходного напряжения Uн и максимального тока нагрузки Iн. Однако оба эти параметра не должны превышать параметры уже рассчитанного выпрямителя. А если это условие нарушается, тогда сначала рассчитывают стабилизатор, а затем - выпрямитель и трансформатор питания.

 Так как потребляемая схемой мощность небольшая, в качестве стабилизатора DA5 возьмем специально предназначенную микросхему КР142ЕН5, обеспечивающую выходное напряжение + 6В и ток в нагрузке до 1А. Данная микросхема обеспечивает коэффициент пульсаций на выходе примерно 0.03. Для нормальной работы напряжение на входе микросхемы должно быть не менее 10Вольт, поэтому конденсатор С19 выбираем на рабочее напряжение 25В и емкостью 1000мкФ. VD20 обеспечивает индикацию. Стабилизатор DA5 включен по типовой схеме. С20=С21=2,2мкФ.

Для выходного напряжения питания ±15В целесообразно взять микросхему стабилизатора КР142ЕН6А (DA4), обеспечивающую выходное напряжение ±15В при токах в нагрузке до 300мА. Для нормальной работы микросхемы, напряжение на входах DA4 должно составлять ±20В, поэтому конденсаторы С11 и С12 выбираем на рабочее напряжение 25В и ёмкостью 1000мкФ. Стабилизатор DA4 включен по типовой схеме включения и его основные элементы имеют значения: С13=С14=С15=С16=0,1мкФ; С17=С18=2,2мкФ.

Расчёт диодных выпрямителей

Поскольку в преобладающем большинстве конструкций блоков питания используется двухполупериодный выпрямитель, диоды которого включены по мостовой схеме, о выборе его элементов здесь и пойдет речь.

При расчете выпрямителя нужно правильно выбрать выпрямительные диоды и конденсатор фильтра, а также определить необходимое переменное напряжение, снимаемое для выпрямления с вторичной обмотки сетевого трансформатора. Исходными данными для расчета выпрямителя служат: требуемое напряжение на выходе диодного моста (или входе следующих цепей) Uвых VD и потребляемый ток Iн.

Рассчитаем диодный выпрямитель для Uн= +6В. Исходными данными будут Uвых VD = 10В и Iн.=20мА.

Определим переменное напряжение, которое должно быть на вторичной обмотке сетевого трансформатора:

 , где

В - коэффициент, зависящий от тока нагрузки, который определяют по таблице4.1.

Таблица 4.1

По току нагрузки определяем максимальный ток, текущий через каждый диод выпрямительного моста:

 , где

С- коэффициент, зависящий от тока нагрузки (определяют по табл. 4.1).

Подсчитываем обратное напряжение, которое будет приложено к каждому диоду выпрямителя:

Для уменьшения габаритов печатной платы целесообразно использовать диодную сборку КЦ407А (DA6) , у которой значения выпрямленного тока и допустимого обратного напряжения превышают расчетные.

Определяем емкость конденсатора фильтра:

Выбираем конденсатор фильтра 1000мкФ Х 25Вольт.

Так же по аналогии расчитываем выпрямительные диоды и ёмкости фильтров для стабилизатора на ±15В:

С12=С11=1000мкФх25В, и выбираем диодную сборку КЦ412А (DA7).

Расчет трансформатора

Зная необходимое напряжение на вторичной обмотке (UІІ) и максимальный ток нагрузки (Iн), трансформатор рассчитывают в такой последовательности:

Определяем значение тока, текущего через вторичные обмотки трансформатора ІІ и ІІ’:

Определим мощность, потребляемую выпрямителем от вторичных обмоток трансформатора:

Подсчитываем мощность трансформатора:

Определяем значение тока, текущего в первичной обмотке:

, где

UІ - напряжение на первичной обмотке трансформатора (сетевое напряжение).

Исходя из полученных расчётных данных выбираем из справочника трансформатор питания типа ТПП261-127/220-50.

Ёмкость эмиттера Сэ определяется значением сквозной крутизны эмиттерного тока и периодом повторения импульсов в информационном сигнале. Поскольку скорость передачи проектируемого устройства 8.5Мбит/с, то частота HDB сигнала на входе преобразователя кода FHDB=8.5МГц. Поскольку в линейном коде СМI длительность импульсов в два раза короче, чем в HDB сигнале, то частота модулирующего сигнала FCMI=8.5×2=17 МГц.

Отсюда период следования импульсов:

.

Тогда ёмкость эмиттера:

Разделительная ёмкость Ср должна вносить минимальные искажения во фронт импульсов. Для этого постоянная времени цепи должна удовлетворять условию:

,

где tи = T = 59нс – длительность импульса (для сигнала CMI равна периоду сигнала).

Тогда значение разделительной ёмкости:

,

где Rн – сопротивление нагрузки согласующего усилителя (входное сопротивление прямого модулятора).

Rвыхсус – выходное сопротивление согласующего усилителя:

,

где Rвыхоу = 300 Ом – выходное сопротивление операционного усилителя

Ёмкость фильтра в цепи модулятора Сф определим по формуле:

,

где Dф = 10% - подъём плоской вершины импульса.

Значение ёмкости фильтра в цепи АРУ найдем по следующей формуле:

,

где Fн = FCMI/10000 = 850 Гц – частота среза фильтра.

Номиналы резисторов и конденсаторов схемы определяются в соответствии с существующими стандартными номиналами, выпускаемыми промышленностью.

Таким образом, в схеме модулятора имеем следующие номиналы элементов:

R10=5.6кОм; С2=10пФ;

R11=1.8кОм; С4=0,068мкФ;

R13=33Ом; С5=100мкФ;

R14 =10Ом; С3=0,022мкФ;

R12=33Ом;

R9=22Ом.

В схеме согласующего усилителя:

R1=R3=R4=180кОм; R7=50кОм;

R2=120Ом; R8=27кОм;

R5=10Ом; R20=3кОм;

R6=27кОм; С1=0.01мкФ;

В схеме устройства АРУ:

R15=220Ом;

R16=22Ом; С10=0,1мкФ;

С6=0,1мкФ; С8=0,1мкФ;

С7=0,1мкФ; С9=0,1мкФ;

В схеме температурной стабилизации:

R25=R26=1кОм; R31=100кОм; R30=10кОм; R28=1,44кОм;

R27=13кОм; R29=15кОм; R32=100Ом;

В схеме блока питания:

R40=750 Ом;

C11=C12=C19= 1000 мкФ;

C13=C14=C15=C16= 0,1 мкФ;

C17=C18=C20=C21= 2,2 мкФ;

Остальные:

К140УД11(DA1), К175ДА1(DA2), К544УД1(DA3), КР142ЕН6А(DA4),

КР142ЕН5(DA5), КЦ407А(DA6), КЦ412А(DA7),

ИЛПН-203(VD1), КД102A(VD3), АЛ102А(VD20),

КТ660Б(VT1), КТ337А(2шт)(VT2,VT3),

ТПП 261-127/220-50(T1).

Похожие работы

Передающее устройство для оптической сети

Скачать

48809

9

13

... , будет разрабатываться его принципиальная схема и электрический расчет основных узлов. 8. Мероприятия по охране труда В данном дипломном проекте требуется разработать передающее устройство одноволоконной оптической системы передачи, рассчитанной на работу с длиной волны 0.85 мкм, которая относится к ближнему инфракрасному диапазону излучения. Поскольку передающее устройство ...

Оптоволоконные линии связи

Скачать

183923

13

0

... зондирования, коловорот и др.) КТП-2Г КТП-2БП 1 1 КТП-2П 1 УПТ 1 УПИ 1 1 Комплект устройства для фиксации местоположения соединительных муфт кабельной линии связи УФСМ По согласованию с заказчиком   Примечание. Средства измерения 1-5, 10-12, 14-17, 19 и 20 необходимы только в случае исп-я ОК с металл. элементами. 9.1.    Электрические проверки основных ...

Волоконно-оптические системы

Скачать

67879

12

0

... большие габариты, малый КПД, потребность во внешнем устройстве накачки являются основными причинами, по которым этот источник не используется в современных ВОСП. Практически во всех волоконно-оптических системах передачи, рассчитанных на широкое применение, в качестве источников излучения сейчас используются полупроводниковые светоизлучающие диоды и лазеры. Для них характерны в первую очередь ...

Проект высокоскоростной локальной вычислительной сети предприятия

Скачать

145240

13

0

... информации (тип кабеля); метод доступа к среде; максимальная протяженность сети; пропускная способность сети; метод передачи и др. В данном проекте ставится задача связать административный корпус предприятия с четырьмя цехами посредством высокоскоростной сети со скоростью передачи данных – 100 Мбит/сек. Рассмотрим вариант построения сети: на основе технологии Fast Ethernet. Данный стандарт ...