Минобрнауки россии

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра САПР

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Схемотехника»

Тема: «Высококачественный усилитель переменного тока»

Студент гр. 4305		Яшина К.С.
Преподаватель		Соколов Ю.М.

Санкт-Петербург

2016

Оглавление

Техническое задание 3

1. Выбор схемы усилителя переменного тока. 4

1.1.Построение усилителя на основе инвертирующего РУ 4

1.2.Схемная реализация усилителя на базе неинвертирующего РУ 8

Ручной расчет схемы рис.2.1 – подготовка к моделированию в системе Multisim: 9

1.3.Построение усилителя на основе двух усилительных подсхем 10

Ручной расчет схемы рис 3.1 – подготовка к моделированию в системе Multisim. 10

2.Моделирование усилителей переменного тока в системе Multisim 12

2.1.Усилитель с одной усилительной подсхемой 12

2.2.Усилитель с одной усилительной подсхемой 13

3.Экспериментальное исследование усилителя переменного тока с использованием учебной лабораторной станции виртуальных приборов NI ELVIS 16

3.1.Усилитель на одном неинвертирующем РУ 16

3.2.Усилитель на двух усилительных подсхемах 17

4.Проектирование мощного выходного каскада усилителя 18

4.1.Схема выходного каскада 18

4.2.Назначение и функционирование выходного каскада 18

4.3.Расчёт выходного каскада 19

4.4.Максимальные мощности, рассеиваемые на выходном каскаде 20

Заключение 21

Список литературы 22

Техническое задание

Вариант 10

Характеристика	Обозначение	Значение
Коэффициент усиления в полосе пропускания	Ku	1 000
Нижняя граничная частота полосы пропускания	, Гц	200
Верхняя граничная частота	, кГц, не менее	20
Входное сопротивление	кОм	300
Постоянное напряжение на выходе	Uвых ,В, не более	2
Максимальный ток нагрузки	Iн м, А, не менее	1
Максимальное выходное напряжение	Uвых м, В, не менее	10

1. Выбор схемы усилителя переменного тока.

1. Построение усилителя на основе инвертирующего ру

Рис. 1.1

Схема данного усилителя аналогична схеме инвертирующего РУ с разделительным конденсатором на входе, представленной на рис. 1.2.

Рис. 1.2

Примечание: ФГ – функциональный генератор, АБ – анализатор Боде.

На рис. 1.3 представлены асимптотические ЛАЧХ операционного усилителя (1) и усилителя переменного тока (2), где - частота среза ОУ; - соответственно верхняя и нижняя граничные частоты полосы пропускания усилителя переменного тока, на которых модуль коэффициента усиления снижается на 3 дБ по сравнению с максимальным значением;- полоса пропускания усилителя.

Рис. 1.3

Замечание: Частотная характеристика усилителя переменного тока (2) имеет спад в области нижних частот, обусловленный разделительным конденсатором С1, и спад в области верхних частот, обусловленный инерционными свойствами ОУ DA1 с характеристикой (1).

Коэффициент усиления и входное сопротивление усилителя переменного тока (см. рис. 1.3) в полосе пропускания определяются схемными функциями инвертирующего РУ.

;(1.1)

Это обусловлено тем, что сопротивлением разделительного конденсатора в полосе пропускания в первом приближении можно пренебречь. Из соотношений (1.1) при заданных схемных функциях усилителя определяются сопротивления резисторов схемы. При этом очевидно, что в усилителях переменного тока на инвертирующих РУ не удается получить одновременно большой коэффициент усиления Ku и большое входное сопротивление Rвх.

Частотная характеристика усилителя переменного тока в области нижних частот целиком формируется конденсатором С1, в области верхних частот она зависит от частотных свойств скорректированного ОУ (рисунок 1.3), при этом граничные частоты fH и fB определяются соотношениями:

; ; (1.2)

В полосе пропускания имеем обычный инвертирующий РУ, у которого:

; ;(1.3)

Дано в ТЗ:

1. |K_u| = 1 000

2. R_вх = 300

На основании этих параметров из формулы (1.3) определим R2 и R1 и убедимся в невозможности практической реализации усилителя переменного тока на базе инвертирующего РУ:

R2 = = 1000 * 300 кОм = 300 МОм

Вывод: Сопротивление R2 чрезмерно велико (больше 10Мом), трудно реализуемое практически, поэтому в схеме, представленной на рис. 1.1 не удается получить одновременно большое входное сопротивление и большой коэффициент усиления, а следовательно, данная схема не подходит.