Усилитель систем автоматики

курсовая работа

Расчёт регулировки усиления:

Подстройку усиления будем производить изменением глубины ООС одного из каскадов и выберем для этого предоконечный каскад (так как в нём единственном остался Сэ, необходимый для реализации этого метода). Введем для этого сопротивление в цепи эмиттера. Движок резистора подключим к шунтирующей емкости .

Максимальный коэффициент усиления равен:

Минимальный коэффициент усиления возьмем равным (меньше номинального коэффициента усиления на 20…30%):

,

- максимальный фактор обратной связи для - резистора подстройки усиления.

Ом.

Используем для этого подстроечный резистор СП3-28 сопротивлением 10 Ом по ряду номиналов Е6.

Оставшуюся часть сопротивления Ом (62 Ом по ряду номиналов) подключим последовательно с .

Рассчитаем номинал ёмкости Сэ для шунтирования Ом с учётом того, что мы уже рассчитали частотные искажения Мн в области НЧ для всех остальных каскадов и ввели перекоррекцию на НЧ в одном из каскадов.

Частотные искажения на НЧ заданные на весь усилитель равны: Мн=0,77

Частотные искажения вносимые всеми каскадами кроме предоконечного равны:

где Мнi - искажения вносимые i-ым каскадом.

Следовательно на предоконечный каскад, для обеспечения уровня общих искажений усилителя:

Подставив это значение в выражение для нахождения Сэ 4-го каскада (см. выше), получим:

По ряду номинальных значений с запасом выберем Сэ=500мФ.

Расчёт разделительной ёмкости во входной цепи:

Произведем расчет разделительной емкости СР во входной цепи:

По ряду номиналов возьмем пФ.

Расчёт цепи ООС:

Для устранения усиления на частотах выше Fв, введём цепь частотнозависимой отрицательной обратной связи, охватывающей все каскады кроме первого. Введение этой отрицательной обратной связи никак не влияет на свойства усилителя в полосе пропускания, но за пределами полосы она обеспечивает снижение усиления, что не даёт возможность усилителю самовозбудиться на частоте выше Fв, где может выполниться условие баланса фаз и амплитуд. Порядок расчёта следующий:

Так как цепь отрицательной обратной связи представляет из себя ВЧ-фильтр на RC-цепочке. В роли активного сопротивления будет выступать Rвх второго каскада усилителя.

Таким образом нам осталось лишь задаться коэффициентом передачи по напряжению на частоте Fв и найти значение ёмкости в цепи ООС:

Такой коэффициент передачи не увеличит уровень частотных искажений на ВЧ сверх заданных.

2. Расчет варианта усилителя на микросхемах

2.1 Анализ варианта усилителя на ИМС:

В данном варианте усилителя используем интегральную микросхему A2030H -усилитель мощности низкой частоты с дифференциальным входом и двухполярным питанием и операционный усилитель 140УД10 в качестве входного, «раскачивающего» более мощную микросхему, каскада. Микросхему A2030H и её характеристики мы нашли в литературе [5]. Будем использовать стандартную схему включения микросхемы.

Микросхему 140УД10 также будем включать в стандартном неинвертирующем включении (см [6]):

Справочные параметры микросхем:

А2030Н: 140УД10

Сопротивление нагрузки (Rн=13 Ом) в нашем случае больше чем номинальная нагрузка второго каскада. По графику, представленному в техническом описании, определим максимальную мощность, которую может выдать, на данную нагрузку, микросхема А2030Н при напряжении питания ±12 В.

Получим: Это значение выше, чем заданное в техническом задании, следовательно, по этому параметру микросхема подходит.

Одна микросхема А2030Н способна обеспечить усиление в 30 дБ в заданной полосе частот.

Переведём коэффициент усиления в децибелах в коэффициент усиления по напряжению:

Это максимальное усиление, которое можно получить от одной микросхемы, так как оно меньше того, что нам надо (Ku=325), то используем каскадное соединение двух микросхем А2030Н и 140УД10.

Рассмотрим предназначение каждого элемента в стандартной схеме включения А2030Н:

R1 - обеспечивает отрицательную обратную связь;

R2 - определяет коэффициент усиления каскада по формуле:

R3 - определяет входное сопротивление каскада;

С1 - разделительная ёмкость на входе каскада;

С2 - разделительный конденсатор на инвертирующем входе;

С3, С4 - ёмкости, сглаживающие пульсации питания;

D1, D2 - диоды, защищающие от переполюсовки питания и выбросов выходного сигнала. Эти диоды можно заменить аналогами (КД243 или КД247 с любым буквенным индексом).

Регулировку усиления будем производить изменением сопротивления в цепи обратной связи (резистор R4 второго каскада).

2.2 Расчет элементов первого каскада:

Выберем его имея в виду, что:

Выберем таким, чтобы выполнялось ранее написанное условие:

.

Поскольку от источника сигнала мы получаем меньше половины напряжения сигнала, мы должны проверить, сможем ли мы получить надлежащее усиление на данных микросхемах на двух каскадах:

при заданном К и Квц усиление каскадов К12=30. Такой коэффициент усиления могут выдать обе этих микросхемы в заданном диапазоне частот.

Из условия протекания малых токов смещения

Исходя из выражения, что коэффициент усиления каскада равен:

и коэффициент усиления для первого каскада возьмём равным

Подставив полученное выражение в формулу для R3, получим:

Зная номинал R3, найдём:

Расчёт конденсатора С1 производится аналогично разделительной ёмкости в транзисторном варианте:

С2 - Рассчитаем из заданной нижней граничной частоты, причём взяв её с запасом в меньшую сторону (ёмкость конденсатора увеличиваем). Частоту можно выразить через постоянную времени RC - цепи.

Так как мы условились увеличить ёмкость, то возьмём её, чтобы не плодить новые номиналы ёмкостей, равной ёмкости

С1. .

Для балансировки нуля на микросхеме 140УД10 имеются два выхода. Сама цепь балансировки представляет из себя два резистора, подстроечный и постоянный (R4 и R5) следующих номиналов:

2.3 Расчет элементов второго каскада

Сопротивлениевыберем также исходя из условия, что оно должно быть на порядок меньше RвхОУ.

Из условия протекания малых токов смещения

Исходя из выражения, что коэффициент усиления каскада равен:

и коэффициент усиления для первого каскада возьмём равным

Подставив полученное выражение в формулу для R6, получим:

Зная номинал R6, найдём:

С5, С6 - номиналы рекомендованы в технической документации и равны 100 нФ у каждого конденсатора.

Расчёт конденсатора С5 производится аналогично разделительной ёмкости в транзисторном варианте:

С4 - рассчитаем аналогично ёмкости С2 из предыдущего каскада.

Из тех же соображений, что и в первом каскаде, возьмём номинал ёмкости равной:

Делись добром ;)