В данном каскаде применяем масштабирующий операционный усилитель с инвертируемым сигналом.
Рисунок 18 - Принципиальная схема промежуточного каскада.
Основной функцией этого усилителя умножение входного сигнала на постоянный коэффициент. В данной схеме операционный усилитель охвачен отрицательной параллельной обратной связью по напряжению.
4.1 Выбор операционного усилителя
Основные параметры операционного усилителя:
1) КU - коэффициент усиления по постоянному току, чем больше коэффициент, тем ближе операционный усилитель к идеальному.
2) Rвх – входное сопротивление;
3) Rвых – выходное сопротивление;
4) - напряжение питания, - около 5%;
5) Uвыхm – максимальная амплитуда выходного сигнала 80 %Еп
6) R н,min (1…2) кОм
7) I н,max = (5…10) мА
8) fв – верхняя граничная частота;
10) есм – напряжение смещения нуля;
11) Iвх1, Iвх2
Выберем операционный усилитель К140УД6, у которого
Uсм = 10 мВ, Iвх= 30 нА, ΔIвх = 10 нА, Uп= (5-17)В, Iпот= 4 мА, Rвх=1МОм, кос.сф.=70 Дб, Rн,min =1кОм.
4.2 Расчет масштабирующего усилителя с инвертированием сигнала
При анализе усилительных свойств схемы на операционном усилителе будем считать, что
;
так как , откуда получим
Также ,
из предыдущего каскада имеем Uвых = 0,04 В, а Uвх = 5 мВ, откуда
Теперь рассчитаем R1 и R2:
Зададимся произвольным значением R2 при условии R2>>Rнmin ,
Так как Rнmin = 1 кОм , откуда
С другой стороны
>>I0
, >>103 I0
Пусть I0 = 0,001 мкА, тогда >> 1 мкА, следовательно =10 мкА
,
R2<< Rвх, Rвх= 1МОм
, так как к0→∞, то
5. Разработка и расчет входного каскада
Данный каскад также будет построен на операционном усилителе. Только в отличие от предыдущего каскада мы выбираем масштабирующий усилитель без инвертирующего сигнала. Это каскад согласовывает высокое входное сопротивление сигнала с каскадом, обладающим более меньшим входным сопротивлением.
Операционный усилитель охвачен отрицательной последовательной обратной связью по напряжению.
Рисунок 19 - Принципиальная схема входного каскада.
5.1 Выбор операционного усилителя
5.2 Расчет масштабирующего усилителя без инвертирования сигнала
.
из предыдущего каскада имеем Uвых = 5 мВ, а Uвх = 5 мВ, откуда
Пусть I0 = 0,001 мкА, тогда >> 1 мкА, следовательно, =10 мкА
6. Разработка и расчет блока питания
Блок источника питания необходим для преобразования переменного напряжения сети (~220 В, 50 Гц) в постоянное напряжение, необходимое для питания всех узлов проектируемого устройства. Схема выпрямителя напряжения представлена на Рисунке 20.
Рисунок 20 - Схема выпрямителя напряжения
Рисунок 21 - Структура трансформатора ТПП267-127/220-50.
Таблица 1. Основные параметры трансформатора ТПП267-127/220-50
Рном, Вт
Ток первичной обмотки, А
Ток вторичных обмоток, А
11-12,
13-14
15-16,
17-18
19-20,
21-22
57
0.615/0.36
5
4.97
1.31
2.52
Для подключения трансформатора к сети ~220В необходимо соединить выводы первичной обмотки 3 и 7, 1 и 6, а напряжение подавать на выводы 2 и 9. На выходе трансформатора должно быть напряжение, действующее значение которого 1.11Uср=1.11*40=44.4В, т.к. диодный мост будет выделять постоянную составляющую напряжения, т.е. Uср. Для получения постоянного напряжения на выходе трансформатора соединим последовательно все вторичные обмотки. Соединим выводы 12 и 15, 16 и 19, 20 и 13, 14 и 17, 18 и 21. Обмотки коммутируются подобным образом для того, чтобы можно было вывести среднюю точку (выводы 13 и 20). Выходное напряжение снимается с выводов 11 и 22. После трансформатора ставится диодный мост. В качестве диодов VD1-VD4 выбираем диоды 2Д220А, параметры которых Iпр max=6А, Uобр max=400 В, Uпр=1 В. на выходе диодного моста для сглаживания пульсаций поставим емкость. Для обеспечения коэффициента пульсаций Кп=0.05 необходима емкость С»600 мкФ. В качестве этой емкости выберем 3 параллельно соединенных алюминиевых оксидно-электрических конденсатора К50-20-100В-220мкФ.
На выходе получаем постоянное напряжение Uп1=±21±1В. от этого напряжения будет питаться усилительный каскад. Для питания остальных узлов устройства необходимы напряжения Uп2=±10 В и Uп3=±5 В. Для этого подключим к Uп1=±21В каскад, изображенный на Рисунке 22.
Рисунок 22 - Цепь питания маломощных устройств.
Рассчитаем цепь питания, изображенную на Рисунке 22. Выберем стабилитроны VC1 и VC2 – 2С215Ж с напряжением стабилизации 15 В и током стабилизации 4.7мА, VC3 и VC4 – 2С147Г с напряжением стабилизации 5 мА.
Сопротивления R3 и R4 выбираем из условия
Тогда можно найти емкость С2:
Выбираем конденсатор К50-6-16В-50 мкФ±5%.
Сопротивления R1 и R2 выбираем из условия:
Тогда можно найти емкость C1:
7. Разработка и описание печатной платы
Основная цель конструирования – создание коммутационного устройства для объединения всех элементов в функциональную схему с обеспечением требуемых технических и электрических параметров в заданном диапазоне характеристик при минимальных затратах.
Для этого необходимо выбрать тип печатной платы, определить класс точности, установить конфигурацию и габаритные размеры.
При конструировании печатных плат необходимо особое внимание обращать на выбор материала платы. Для печатных плат, эксплуатируемых при малых механических нагрузках, рекомендуется использовать гетинакс, при больших – стеклотексолит.
Габаритные размеры, конфигурацию и место крепления печатной платы выбирают в зависимости от того, где эти платы будут использоваться. В нашем случае будем разрабатывать печатные платы простой прямоугольной формы.
Размещение элементов конструкции печатных плат рекомендуется условной координатной сеткой.
Для удобства расположим каждый отдельный узел на отдельной печатной плате: УМ на одной плате, источник питания на другой.
Заключение
В данной работе спроектирован бестрансформаторный низкочастотный усилитель мощности, соответствующий заданным параметрам.
В ходе работы разработана принципиальная электрическая схема этого усилителя, с указанием причин выбора именно такой конфигурации. По каждому из каскадов отдельно также дается краткое описание.
В данной работе представлен расчет каждого из каскадов усилителя и преведены используемые в процессе расчета характеристики.
Также приведен расчет нелинейных искажений, создаваемых оконечным каскадом, работающим в режиме класса АВ. Нелинейные искажения предварительных каскадов очень малы, поэтому при расчете общего коэффициента нелинейных искажений не учитывается.
К данному курсовому проекту прилагается чертеж, выполненный на бумаге формата А1 и представляет собой принципиальную электрическую схему спроектированного усилителя, вид разработанной печатной платы со стороны проводящего рисунка и крепление элементов на печатной плате.
Список использованной литературы
1. Полупроводниковые приборы: диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы. Справочник. Под общ. ред. Н.Н.Горюнова. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 744с.
2. Интегральные микросхемы. Справочник. Под ред. Б.В. Тарабрина. - М.: Радио и связь, 1983г -528с.
3. Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам. Под общ. ред. Н.Н.Горюнова. - М.: Энергия, 1976г -744с.
4. Транзисторы для аппаратуры широкого применения. Справочник. Под ред. Б.Л.Перельмана. - М.: Радио и связь, 1981г -656с.
5. Лукашенков А.В. Электронные устройства автоматики и телемеханики. Лабораторная работа №16. Расчет и исследование бестрансформаторных усилителей мощности. Методические указания. - Тула.: ТулПИ, 1988г -32с.
6. Воробьев Н.И. Проектирование электронных устройств. - М.: Высшая школа, 1989г -223с.
7. Александров К.К, Кузьмина Е.Г. Электротехнические чертежи и схемы. - М.: Энергоатомиздат, 1990г-228с.
Страницы: 1, 2, 3