Выбор схемы усилителя.

Перед нами стоит задача выбора наиболее соответствующей нашим параметрам схемы УНЧ. При этом она должна быть наименее зависима от внешних условий, универсальна, компактна.

Исходя из задания, полученного на курсовой проект и в соответствии с рассмотренными элементами источников питания целесообразно реализовать проектируемое устройство на основе операционного усилителя, так как необходимо получить усилитель с большим коэффициентом усиления по напряжению (Ки = 80), большим входным сопротивлением (R_M = 2000 Ом) и широкой полосой частот (100-12000 Гц).

Микросхему, удовлетворяющую нашим параметрам, получаем из справочника. просмотрев графики зависимостей коэффициента усиления от частоты. На рис.6 изображен i рафик для микросхемы К553УД2

10° 10' Ю² 10³ I0⁴ 10⁵ I0⁶ Ю⁷

Рис.6. График для микросхемы К553УД2.

ЯГц)

1. - типичное коррекционное включение микросхемы.

2. - типичное коррекционное включение микросхемы без конденсатора.

Рис.7. Микросхема К553УД2.

Заданные верхняя граничная частота и коэффициент усиления соответствуют зависимости на графике - мы можем использовать эту микросхему (рис.7) для наших расчетов.

Рис.8. Блок питания.

Для упрощения вычислений и обеспечения заданных параметров УНЧ, построим схему с использованием ОУ модели К553УД2., имеющего следующие параметры:

R„x = ЗООкОм К_т> 1000

R_Bb,x.m= 300 ОМ

К_им=1000 Е„=15В fi=5000 f_c=lKTu

^=6В/мкс

РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ.

1. Коэффициент усиления по напряжению проектируемого усилителя должен быть равен:

^*—£

Коэффициент усиления задан и равен Ки>80.

/?' Из уравнения видно, что — = 80.

R\

Можем выбрать значения:: Я/=2 кОм, R:=I60 кОм.

2. Входное сопротивление усилителя равно:

Rbxoy - внутреннее сопротивление. Кцо- коэффициент усиления.

Р - коэффициент передачи обратной связи

/,-*--!—L-<M>12S fc Ku 80

Из справочника для микросхемы К553УД2:

Rbxoy - ЗООкОм;

Кио > Ю00.

Тогда Rex усилительного каскада равно:

Ree = 300 * (1 + 0.0125 * 1000) = Л050к()м Входное сопротивление удовлетворяет заданным условиям - Ля >4 кОм

3. Выходное сопротивление реального усилительного каскада всегда меньше выходного сопротивления микросхемы:

, где

Rebix = Rebix.M

{! + 0и*Ки.м) Rebix.M- сопротивление выхода микросхемы (Йвых.лл = 300 Ом).

Reebi = 300

(1+0.0125*1000) #«ых5200 Ом - это удовлетворяет заданным условиям.

= 22.20.М

4. Верхняя f_B и нижняя f„ частоты показьгеают полосу пропускания усилителя. Разность частот f„- f„ - ширина полосы пропускания. Сами граничные частоты определяются обычно условием К/К_|ЮМ = 0,707. Верхней граничной частоте соответствует

13

снижение коэффициента усиления ОУ в V2 раз (K_yu / V2 =56,6). Частота среза для данной схемы составляет порядка 10"^якГц. Из АЧХ. изображенной на рисунке 9. видно, что усилитель пропускает колебания, соответствующие заданной полосе частот (f_H <100, f_B >12000)

_к.

Л

_{б£ i *}

аоу_

иоч

^ТСР 'в Рис.9. АЧХ.

R,

2кОм

R_{+R₂ (2 + \вО)кОм

= 0,012

|У- _ U ВЫХ _ **U

U/м:

80

U_BX (\ + К_иу)' 1 + 80*0,012 5. Максимальное напряжение на входе УНЧ:

= 40,8

^к,™» =0,9 155 = 13,55

и.

'■*' Ш1 ill >ч

13,55 80

«с/

и.

= 0.1685

Что находится в пределах заданного условия.

6. /_ =

610⁶5/с

ЪМ,^ 2-3,14-13.55

= ЖЪкГц

Найденная максимальная частота соответствует заданию, так как по заданию f„ > 12000.

7. Полоса пропускания УНЧ:

^Л «о

5000*Л, ^Je 80

Верхняя граничная частота удовлетворяет заданному условию, что f„ ^ 25кГц.

Нижняя граничная частота при использовании ОУ с ОС стремиться к 0, поэтому так же удовлетворяет заданным параметрам УНЧ.

Проверка работы УНЧ

Л</

Для проверки теоретических расчетов, касающихся усиления можно воспользоваться следующей схемой (Рис.10):

_I

N OUT

.-.-. ii.-п А

_I

(R)Q00 к Oil

->/\Ал—Ф

'2k Own

^WV*

.

\

R4 PyikOhm/5l%

VVoi vn ioohwoo

M^ [rr, V

_I

InF

' 200 Ohm

Рис.(Ю).

Bode Plotter

Рис.(11)АЧХ.

Из рисунка видно, что верхняя граничная частота достигает более ЮкГц. Это подтверждает теоретические предположения - граничная верхняя частота рассчитывается в данном случае по формуле:

_Л-

_к

i

Если /, = \МГц, то для данной схемы f_e = \2.5кГц. Значит, при использовании ОУ с частотой единичного усиления f_x =5МГц, верхняя граница частот составит/, = 62.5кГц . Что и требовалось доказать. Данная частота удовлетворяет заданию.

Подтверждением наличия усиления является осциллофамма — Рис.(12):

II	в «ввв	s
\*1	-11 42S1	nU
\*1	5 5.": В*!!	г,'..

п

S0Q

в веек <

пи ■ и «И v«.\*i

•.•«•8 s

ТОП n-1-.'.'Dr..

ВМ "'•

lOnlV.'P-

«в»

II OOnu/dK-

ХриЛов lO.OO a U»«l |0 0О t£l T рмво» | 000 W* «Я I |Н| » • ЕЙ АС !■

ОШ1

_1?

ас о

fee*»

Si..

Рис. (12).

Расчёт блока питания.

1) Выпрямитель.

В данной работе используем схему однофазного мостового выпрямителя. Рассчитаем для неё трансформатор:

г г И f, r i m ,. . ^ . Я" ] ., sin

^0,»=— Jtf„coseitefo* = —t/Jsin—+ sin— ={/,,— 2л-_/_/т 2л- V w m; л

//л

sinflVm

С помощью формулы выше рассчитали:

U_m = 155/0.64 = 235

235

U.

я„ =

{/„„= 2205-V2 =3115 Тогда коэффициент трансформации:

= 0,07

Таким образом, в работе нужно использовать понижающий трансформатор. Коэффициент пульсации:

</«..= МЯ/_М= 0,42x311 = 130

•у- _ Uт.п.\

U.

1305

23В

= 5,7

2) Сглаживающий фильтр.

Используем ёмкостной фильтр.

Постоянная фильтра

Kc*(0 = «4(0 = */„-exp

f \

t

У. ^ТФ)

^ТФ ~ ^Сф&н

Так как т_ф > 100- Т_п, то выберем т_ф = 0,4 Тогда:

г.

г -"Ф - °'^4с

'* /?.. 200Ом

= 2мФ

Проверим выполнение условия:

J* Г*. ~

^ХСф « ^RH

1

2-3,И-50Л/-2-10^_3Ф

= l,6ttw

Условие выполняется.

3) Стабилизатор напряжения.

Расчет параметров можно вести по формуле:

U_tlx=R₀.._pU_cm+I_H)+U_cm,

где 1_ст=0,(Ю001А, I_H=U_C/R_H,

R_H = 200Ом Тогда Я_огр=\вОм

4) Проверка работы блока питания. Соберём цепь блока питания рис.(13):

L*\J 2 20 V/50 Hz/0 D*^_

26 k Ohm —VW

2 5mF

200 4)hm

Рис.13

_л.*

Tl VN

884 -18 4

8749 ni 1777 « '■•'hi U

1J

9Э7.8749 7C 1968 8.98Б4

Dvn ШЛ81

S3.8888 98.3735 -2Б 4ISI

na V

4m. CM

ir

MM

"W

■

■v

8—4

lo.oi «/a

hi

.*

UvU

I 00 V'Oiv

I B V/Dw

<mun

1 000

-

ШЕЗ

T рай» |_o.od

ГроКЮП

looo ■

«™«

■■ •*

Wl

PJH <

«cod

<c >■

tn

Рис.14 Осциллограмма.

Из осциллограммы и показаний вольтметра видно, что блок питания удовлетворяет заданию.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

По исходным данным мы выбрали схему УНЧ с ОУ на основе готовой ИМС. Мы рассчитали необходимые параметры и сравнили их с заданными. В итоге мы получили результаты, удовлетворяющие заданным.

ЛИТЕРАТУРА.

1) Игуменов Д.В. Костюнина Г.П. Полупроводниковые устройства непрерывного действия. - М.: Радио и связь, 1990г.

2) Лачин В.И. Савелов Н.С. Электроника.- Ростов-на-Дону: Феникс,2002г