Большая База Рефератов - Проектирование усилителя мощности на основе ОУ - бесплатно рефераты, скачать рефераты, рефераты на тему

Проектирование усилителя мощности на основе ОУ

рис. 3.3

3. Окончательный расчёт оконечного каскада

3.1 Расчитаем входную мощность Pвхок полученного составного оконечного каскада. Исходя из того, что мощность на входе транзистора VT1 Pвх мы посчитали в пункте 2.2 , получим :

Pвх Pвх 160 мВт

Pвхок = ¾¾¾ » ¾¾¾ = ¾¾¾¾ = 3.2 мВт

bvt3+1 b 50

3.2 Определим амплитуду тока базы Iбvt3 транзистора VT3. Поскольку Iкvt3 » Iбvt1 имеем :

Iкvt3 Iбvt1 52 мА

Iбvt3 = ¾¾¾ » ¾¾¾ = ¾¾¾ » 1 мА

1+bvt3 bvt3 50

3.3 Определим по входной ВАХ транзистора VT3 напряжение на управляющем переходе Uбэvt3 (см. рис. 3.4 ). Поскольку Uбэvt3 = 0.6 В , для входного напряжения оконечного каскада Uвхок имеем:

Uвхок = Uн + Uбэvt1 + Uбэvt1 = (6.32 + 1.2 + 0.6) В = 8 В

рис 3.4

3.4 Определим входное сопротивление оконечного каскада Rвхок :

Uвхок 8 В

Rвхок = ¾¾¾ = ¾¾¾ = 8 кОм

Iбvt3 1 мА

Полученное входное сопротивление полностью удовлетворяет условию

Rвхок ³ Rн min оу

где Rн min оу = 1кОм (для ОУ К140УД6).

4. Задание режима АВ. Расчёт делителя

Для перехода от режима В к режиму АВ на вход верхнего плеча нужно подать смещающее напряжение +0.6 В, а на вход нижнего плеча - –0.6 В. При этом, поскольку эти смещающие напряжения компенсируют друг друга, потенциал как на входе оконечного каскада, так и на его выходе останется нулевым. Для задания смещающего напряжения применим кремниевые диоды КД-223 (VD1-VD2, см. принципиальную схему), падение напряжения на которых Uд = 0.6 В

Расчитаем сопротивления делителя Rд1= Rд2= Rд . Для этого зададим ток делителя Iд, который должен удовлетворять условию:

Iд ³ 10*Iбvt3

Положим Iд = 3 А и воспользуемся формулой

Ек – Uд (15 – 0.6) В

Rд = ¾¾¾¾ = ¾¾¾¾¾¾ = 4.8 Ом » 5 Ом

Iд 3 А

5. Расчёт параметров УМ с замкнутой цепью ООС

Для улучшения ряда основных показателей и повышения стабильности работы усилителя охватим предварительный и оконечный каскады УМ общей последовательной отрицательной обратной связью (ООС) по напряжению. Она задаётся резисторами R1 и R2 (см. схему на рис. 6 ).

Исходя из технической документации на интегральный операционный усилитель К140УД6 его коэффициент усиления по напряжению Kuоу1 равен 3*104 . Общий коэффицент усиления обоих ОУ равен :

Kuоу = Kuоу1 * Kuоу2 = 9*108

Коэффициент усиления по напряжению каскадов, охваченных обратной связью Ku ос равен:

Uвых ос Кu ( Kuоу1 * Kuоу2 * Kuок) 1

Ku ос = ¾¾¾ = ¾¾¾¾ = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ » ¾

Eг 1 + cKu 1 + c( Kuоу1 * Kuоу2 * Kuок) c

рис. 3.5

Изобразим упрощённую схему нашего усилителя , заменив оконечный каскад его входным сопротивлением (см. рис. 3.5 ) (ООС на схеме не показана, но подразумевеется ). Здесь Rнэкв º Rвхок = 8 кОм ; Uвых ос = Uвхок = 8 В , Ег = 15 В (из задания ).

Uвых ос 8000 мВ

Ku ос = ¾¾¾ = ¾¾¾¾ = 5333

Eг 1.5 мВ

¾ = Ku ос = 5333

Найдём параметры сопротивлений R1 и R2 , задающих обратную связь. Зависимость коэффициента обратной связи c от сопротивлений R1 и R2 может быть представлена следующим образом:

c = ¾¾¾

R1 + R2

Зададим R1 = 0.1 кОм . Тогда :

1 R1 1

¾¾ = ¾¾¾ = ¾¾¾ Þ 5333 = 1 + 10R2 Þ R2 = 540 кОм

Ku ос R1 + R2 5333

6. Оценка влияния параметров усилителя на завал АЧХ в области верхних и нижних частот

Усилитель мощности должен работать в определённой полосе частот ( от ¦н до ¦в ) . Такое задание частотных характеристик УМ означает, что на граничных частотах ¦н и ¦в усиление снижается на 3 дБ по сравнению со средними частотами, т.е. коэффициенты частотных искажений Мн и Мв соответственно на частотах ¦н и ¦в равены:

Мн = Мв = Ö 2 (3 дБ)

В области низких частот (НЧ) искажения зависят от постоянной времени tнс цепи переразряда разделительной ёмкости Ср :

_________________

Мнс = Ö 1 + ( 1 / ( 2p¦нtнс ))2

Постоянная времени tнс зависит от ёмкости конденсатора Ср и сопротивления цепи переразряда Rраз :

tнс = Ср* Rраз

При наличии нескольких разделительных ёмкостей ( в нашем случае 2) Мн равно произведению Мнс каждой ёмкости:

Мн = Мнс1 * Мнс2

Спад АЧХ усилителя мощности в области высоких частот (ВЧ) обусловлен частотными искажениями каскадов на ОУ и оконечного каскада, а так же ёмкомтью нагрузки, если она имеется. Коэффициент частотных искажений на частоте ¦в равен произведению частотных искажений каждого каскада усилителя:

Мв ум = Мв1 * Мв2 * Мвок * Мвн

Здесь Мв1 , Мв2 , Мвок , Мвн - коэффициенты частотных искажений соответственно каскадов на ОУ, оконечного каскада и ёмкости нагрузки Сн . Если Ku оу выбран на порядок больше требуемого усиления каскада на ОУ, то каскад ОУ частотных искажений не вносит ( Мв1 = Мв2 = 1).

Коэффициент искажений оконечного каскада задаётся формулой:

_________

Мвок = 1 + ( Ö 1+ (¦в /¦b) - 1)(1 - Kuoк)

Здесь ¦b - верхняя частота выходных транзисторов. Коэффициент частотных искажений нагрузки Мвн , определяемый влиянием ёмкости нагрузки Сн в области высоких частот зависит от постоянной времени tвн нагрузочной ёмкости :

__________________

Мвн = Ö 1 + ( 1 / ( 2p¦вtвн ))2

tвн = Сн* (Rвыхум | | Rн)

При неправильном введении отрицательной обратной связи в области граничных верхних и нижних частот может возникнуть ПОС ( положительная обратная связь) и тогда устройство из усилителя превратится в генератор. Это происходит за счёт дополнительных фазовых сдвигов , вносимых как самим усилителем, так и цепью обратной связи. Эти сдвиги тем больше, чем большее число каскадов охвачено общей обратной связью. Поэтому не рекомендуется охватывать общей ООС больше, чем три каскада.

Заключение

В данном курсовом проекте мы расчитали основные параметры и элементы усилителя мощности, а так же оценили влияние параметров усилителя на завалы АЧХ в области верхних и нижних частот.

Спецификация элементов

№ п/п

Обозначение

Тип

Кол - во

Резистор МЛТ-0.5 - 0.1 кОм ± 10 %

Резистор МЛТ-0.5 - 540 кОм ± 10 %

Rд

Резистор МЛТ-0.5 - 5 Ом ± 10 %

VD1-VD2

Диод полупроводниковый КД223

VT1