Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 55
Уральский государственный технический университет Кафедра ФМПК 19.02 520000 012 ПЗ Студент: Лебедев В.В. Руководитель: Стрекаловская З.Г. Н. Контролёр Замараева И.В. Группа: ФТ-429 1998 г. Стр. 1. Введение 3 2. Техническое задание 3 3. Справочные данные на элементы 4 4. Структурная схема усилителя 5 5. Расчёт входного делителя 6 6. Расчёт предусилителя 7 7. Расчёт фазоинвертора 9 8. Расчёт оконечного каскада 11 9. Расчёт граничных частот 15 10. Заключение 16 11. Библиографический список 17 12. Приложения 18 Согласно техническому заданию, требуется спроектировать и рассчитать широкополосный электронный усилитель, работающий на симметричную нагрузку, обеспечивающий на выходе усиленный входной сигнал с допустимыми искажениями Входной сигнал: Экспоненциальный импульс отрицательной полярности. Uвх
=(10¸500)мВ tи
=5мкс Выходной сигнал: Uвых
=250В Нагрузка: Rн
=250кОм Входное сопротивление: Rн
>100кОм Элементная база: Использовать ИМС. Диапазон температур: T=(20±20)0
C Справочные данные на элементы. Микросхемы Микросхема 140УD5А UUпит
=±12В КуU
=1500¸125000 Rвх
=100кОм Rвых
<1кОм f1
=15мГц Uвых
<±4В Микросхема 140УD10 UUпит
=±(5¸16)В КуU
=50 Rвх
=1мОм Rвых
<1кОм f1
=15мГц Транзистор 2Т888А UКЭмах
=900В a=0.976 b=40 fв
=15мГц Uвых
<±10В IКб0
<10мкА IКмах
=100мА PКмах
=7Вт (с теплоотводом) Ск
=45пФ Тип p-n-p Исходя из технического задания, была выбрана структурная схема усилителя рис.1 Структурная схема усилителя Uвх
Входной Предусилитель Делитель Фазоинвертор Оконечный каскад Рис.1 Входной делитель даёт возможность делить входной сигнал в соотношениях 1:1, 1:10, 1:50. Предусилитель обеспечивает большой коэффициент усиления при минимальных искажениях. Фазоинвертор обеспечивает на выходе одинаковые по модулю и разные по фазе напряжения. Оконечный каскад обеспечивает усиление мощности сигнала для эффективного управления нагрузкой. Так как он вносит в сигнал максимальные искажения, то его коэффициент усиления этого каскада выбирают небольшим. Входной делитель С1
R1
C2
R2
C3
R3
Рис №2 Зададимся R1
=100кОм С1
=220пФ K1
= 0.1 ( коэффициент деления 1:10) K2
=0.02 ( коэффициент деления 1:50) C1
R1
= C2
R2
= C3
R3
R2
=R1
*K1
/(1-K1
) R3
=R1
*K2
/(1-K2
) R2
=11кОм R3
=2кОм Рассчитаем СI
Пусть С1
=220пФ Тогда С2
=С1
*R1
/R2
=2нФ С3
=С1
*R1
/R3
=10.8 нФ Номинальные значения: R2
=11кОм С2
=2 нФ R3
=2кОм С3
=11 нФ C1
DA1 C2
DA2 C3
DA3 + + + - - - R2
R4
R6
R7
R1
R3
R4
Рис. 3 Первый и второй каскад (DA1,DA2) предусилителя идентичны и построены на ОУ 140УД5А Расчёт ведем для одного каскада. К Возьмём коэффициент усиления DA1 и DA2 K01
*
=16 Возьмем R1
=10 кОм Тогда: R2
=R1
(K0
-1)= 150кОм Верхняя граничная частота при K0
=16, fВ
=5МГц (справ. данные) Н В Третий каскад (DA3) предусилителя построен на ОУ 140УД10 В последним третьем каскаде введена регулировка коэффициента усиления всего усилителя. Зададимся условием чтобы его минимальный коэффициент усиления был равен: К0
=3 он зависит от величен сопротивлений R5
и R6
П П Следовательно R7
=R5
(K0min
-1)-R6
=10кОм Верхняя граничная частота при K0
=4, fВ
=5МГц (справ. данные) Нижняя граничная частота при C3
=1мкФ Параметры всего ПУ Коэффициент усиления всего ПУ: K0
=K01
K02
K03
K0max
=K01
K02
K03
=1024 K0min
=K01
K02
K03
=768 В FВПУ
=2.9 МГц Нижняя граничная частота fн
= f1
+f2
+f3
=5Гц С2
DA1 + - Вх R2
C1
R1
DA2 - + Рис. 4 Фазоинвертор построен на 2x- ОУ 140УД10 DA1- включен как повторитель DA2 - включен как инвертор Коэффициент усиления повторителя К01
=1 Коэффициент усиления инвертора К02
»1 когда R2
<<R1
Пусть R1
=10кОм и R2
=1кОм Þ K02
»1 Для обеспечения симметричного выхода сделаем R2
– переменным сопротивлением Верхняя граничная частота для 140УD10 – равна 15МГц Нижняя граничная частота равна: Н Вожмём С1
=1мкФ тогда: Т.К. RВХповт
=RВхоу
=1 МОм=100R1
, то чтобы FН1
= FН2
следует взять С2
=0,01C1
=0.01 мкФ R1
Rк
Cc2
Cc4
Cc1
Cc3
VT1
VT2
R2
Rэ
CЭ
Rэоб
Рис. 5 Принципиальная схема оконечного каскада изображена на рис.3 Поскольку у нас симметричная нагрузка то будем вести расчёт на одно плечо. У IКмах
=40мА Динамическая линия нагрузки транзистора I мА 40 Р.Т. 20 0 100 350 700 Uкэ
В Рис. 4 Возьмем RЭ
=4кОм и RК
=13.5кОМ Рабочая точка: IК0
=20мА UКЭ0
=350В Найдем рассеиваемую мощность PRк
=5.4Вт и PRэ
=I2
Э0
*RЭ
=1.7Вт Произведём расчёт базового делителя: Пусть Iдел
=5мА UЭ0
= IЭ0
*RЭ
=20мА*4кОм=82В - напряжение на эмиттере UБ0
= UЭ0
*UБЭ
=82.5В - напряжение на базе R2
= UБ0
/Iдел
=16400»16 кОм R R Найдём коэффициент термонестабильности NS
=1+RБ
/RЭ
=4,6 Определим крутизну S=IК0
/м*jт
=256мА/В Рассчитаем gэкв
gК
=1/RК
=1/13.5=7.4*10-5
Cм gн
=1/Rн
=4*10-6
Cм gi
=h22
=(1+b)IКбо
/UКэо
=1.177*10-6
Cм gэкв
=gi
+gн
+gк
=7.93*10-5
Cм Рассчитаем коэффициент усиления KO
=S/gэкв
=3228 Введём О.О.С. разделив сопротивление RЭ
Пусть K0
*
=30 тогда K0
*
= K0
/1+g*K0
g=RЭ
/RК
=0.033 RЭ
- сопротивление О.О.С. RЭ
=g* RК
=445Ом Þ RЭ1
=RЭ
-RЭ
»4кОм-430Ом»3,6кОм F=1+g*K0
=107.5 – глубина обратной связи Входная проводимость: G11
= IК0
/м*jт*
b=6.4*10-3
jт
– тепловой потенциал rвх
=1/g11
=156 Ом rэ
=jт
/IЭо
=1.27Ом сопротивление базы транзистора rБ
=rвх
-brЭ
=105Ом Расчёт по переменному току: Н Р Обеспечим при этом длительность фронта равной: tФ
=0.35/fВ
=0.34 мкс что для tИ
=5мкс составляет менее 7% Рассчитаем нижнюю частоту всего усилителя по формуле fн
= fнпр
+fнфаз
+fнокон
=5+16+260=281Гц Для предварительного усилителя tнпр
=С4
*Rвх
=0.1с fнпр
= 1/(2p*tнпр
)=1.6 Гц Для фазоинвертора tнфи
=С7
*R10
=0.01с fнфи
= 1/(2p*tнфи
)=16 Гц Для предоконечного каскада tнпре
=С8
*Rвх
=1с fнпре
= 1/(2p*tнпре
)=0.2 Гц Для оконечного каскада fнокон
=260 Гц RЭоб
=0.5RЭ1
=1780Ом Расчет транзисторов на мощность Обозначение Рассеиваемая мощность Примечания R1 0.0625 мкВт R2 0.625 мкВт R3 2,5 мкВт R4 17мкВт R5 5мкВт R6 0.272мВт R7 80мкВт R8 0.435мВт R9 1.7мВт R10 10мВт R11 0,14Вт R12 0.18Вт R13,R20 0.91Вт R14,R21 0.4Вт R15,R19 5.4Вт Необходим радиатор R16,R18 1.7Вт R17 1Вт В ходе данной работы был спроектирован электронный усилитель, позволяющий усиливать переменное напряжение. Параметры данного усилителя соответствуют техническим требованиям. 1. Полупроводниковые приборы. Транзисторы средней и большой мощности. Справочник. Под.ред. А.В.Голомедова. Москва,; Радио и связь, 1994 2. Интергральные микросхемы. Операционные усилители. Справочник. Москва,; ВО “Наука”,1993. |