Предварительный усилитель выполним на операционном усилителе К140УД7(рисунок 7), который имеет следующие параметры:
- дифференциальный коэффициент усиления ;
- удельный температурный дрейф напряжения смещения равен ;
- температурный дрейф разности входных токов равен ;
- номинальное напряжение питания .
- ;
- .
Рисунок 7 – Предварительный каскад усилителя
Рассчитываем коэффициент усиления предварительного каскада:
(2.3.1)
Рассчитываем элементы цепи отрицательной обратной связи:
(2.3.2)
где - температурный дрейф нуля выходного напряжения;
- температурный дрейф при ;
- температурный дрейф разности входных токов.
принимаем
(2.3.3)
выбираем .
(2.3.4)
выбираем .
Выбираем в качестве резисторы типа С2-23-0,125.
Уточняем значение коэффициента усиления по напряжению:
(2.3.5)
Сопротивление определяем из отношения:
;
(2.3.6)
Выбираем .
Выбираем в качестве резистор типа С2-23-0,125.
Расчет частотных характеристик
Расчет частотных характеристик в области низких частот
|
|
Частотная характеристика в области низких частот двух каскадов, охваченных частотонозависимой отрицательной обратной связью.
(3.1.1)
где ;
;
;
Н – частотные искажения, вносимые цепью обратной связи.
(3.1.2)
(3.1.3)
;
; ;
; ;
; ;
; ;
Рассчитываем частотную характеристику в области низких частот для трех вариантов (Таблица 1):
а) для значения емкости в цепи эмиттера ;
б) при частотонезависимой обратной связи Н=1;
в) для значения емкости в цепи эмиттера ;
Таблица 1
Частота F, Гц | Относительный коэффициент усиления | ||
10 | 0,043967 | 0,042987 | 0,043262 |
20 | 0,290789 | 0,282907 | 0,284733 |
30 | 0,533627 | 0,539467 | 0,588346 |
40 | 0,682799 | 0,700203 | 0,696714 |
50 | 0,773610 | 0,793732 | 0,789803 |
60 | 0,831719 | 0,850643 | 0,847030 |
70 | 0,870686 | 0,887317 | 0,884205 |
80 | 0,897802 | 0,912165 | 0,909528 |
90 | 0,917500 | 0,929713 | 0,927483 |
100 | 0,932072 | 0,942535 | 0,940640 |
110 | 0,943160 | 0,952174 | 0,950552 |
120 | 0,951776 | 0,959595 | 0,958195 |
130 | 0,958115 | 0,965425 | 0,964207 |
140 | 0,964084 | 0,970086 | 0,969018 |
150 | 0,968358 | 0,973869 | 0,972927 |
160 | 0,972253 | 0,976981 | 0,976144 |
170 | 0,975337 | 0,979570 | 0,978822 |
180 | 0,977938 | 0,981748 | 0,981076 |
190 | 0,980151 | 0,983596 | 0,982989 |
200 | 0,982049 | 0,985179 | 0,984628 |
Расчет частотной характеристики в области высоких частот
Рассчитываем частотную характеристику в области высоких частот двух каскадов, охваченных обратной отрицательной связью:
(3.2.1)
где ;
;
;
; ;
; ;
Результаты расчетов частотной характеристики на высокой частоте представлены в таблице 2.
Таблица 2
Частота F, Гц | Относительный коэффициент усиления усилителя Y |
1000 | 0,999839 |
5000 | 0,995973 |
10000 | 0,984911 |
15000 | 0,964471 |
20000 | 0,937954 |
25000 | 0,905298 |
30000 | 0,867550 |
35000 | 0,825905 |
40000 | 0,781621 |
50000 | 0,689951 |
|
|
Амплитудно-частотная характеристика, полученная по результатам расчета, представлена на рисунке 8.
Рисунок 8 – Амплитудно-частотная характеристика
Заключение
Из проведенной работы следует, что полученная частотная характеристика расчетной схемы полностью удовлетворяет условиям задания.
Работа демонстрирует основы расчета усилителя низкой частоты с трансформаторной связью между каскадами, что позволяет достичь полного согласования нагрузки (входного сопротивления последующего каскада) с выходным сопротивлением транзистора, а, следовательно, максимального усиления мощности в каждом каскаде. Недостатки данной схемы – большие габаритные размеры и масса, высокая стоимость, а также худшие АЧХ и ФЧХ. Трансформаторная связь используется между каскадами тогда, когда предъявляется требование высокой экономичности усилителя, например: в портативных устройствах. В современной радиотехнике используются более новые и современные элементы, но принципы построения цепей в большинстве случаев остаются одинаковыми.
Схема неудобна тем, что для согласования используются не только эмиттерный повторитель, но и трансформатор. Это значительно увеличивает в размере готовый УНЧ.
Спроектированный усилитель должен питаться от двух источников питания, т.к. ОУ питается от двухполярного источника, а фазоинверсный и оконечный каскады от однополярного. Это затрудняет использование усилителя в переносных устройствах.
Схема настраивается относительно несложно из-за применения ОУ в предварительном усилителе, вместо двух усилительных каскадов на транзисторах. Также применение ОУ значительно уменьшило низкочастотные искажения.
Расчет частотной характеристики усилителя показал, что частотные искажения в полосе пропускания усилителя не превышают значений заданных в техническом задании:
= 80 Гц,
= 0,831,
= 0,85,
следовательно < .
= 13 кГц,
= 0,623,
= 0,680,
следовательно < .
Источники информации
1. Методические указания к курсовому проекте «Расчёт усилителя мощности низкой частоты». Гуртовая Е.П. – Харьков: НТУ “ХПИ”, 2007. – 41 с.
2. Конспект лекций по курсу «Основы радиоэлектроники».
3. Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник. Под ред. Б.Л. Перельмана – М.: Радио и Связь, 1981 – 656 с.
Приложение