ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра систем сбора и обработки данных
Тема: "Усилитель низкой частоты"
Факультет: АВТ Преподаватель: Кунов В.М.
Группа: АО-81
Студент: Киселёв М.Н.
/
--2000--
Содержание...................................................................................................................................... 2
Исходные данные для проектирования...................................................................... 3
Описание работы принципиальной схемы устройства.................................. 4
Расчет элементов принципиальной схемы............................................................. 5
Анализ погрешностей.............................................................................................................. 8
Приложение..................................................................................................................................... 9
Принципиальная электрическая схема устройства............................................................... 9
Перечень элементов....................................................................................................................... 10
1. Выходная мощность 0.4 Вт
2. Рабочий диапазон температур –20 + 40 °С
3. Рабочий диапазон частот 20Гц-20кГц.
4. Входной сигнал ±10мВ.
5. Коэффициент усиления схемы K=100±10%
 |
|||
 |
|||
+Епит
С2
T1
 |
R1 K1 T2
 |
||||
 |
||||
 |
||||
R3
 |
R2 -Eпит
С3
С1
Схема представляет собой усилитель низкой частоты. Входной сигнал снимается со звукоснимающей головки любого электропроигрывателя или кварцевого резонатора. Мощность сигнала регулируется с помощью резистора R1. Сам усилитель представляет собой усилитель мощности (бустер), собранный на операционном усилителе и двух транзисторах (комплиментарной паре), охваченных петлей обратной связи. Транзисторы используются для того, чтобы повысить выходную мощность устройства (схема с общим коллектором – эмиттерный повторитель). Конденсатор С1 нужен для того, чтобы усиление происходило только по переменному сигналу, а постоянная составляющая и Есм не усиливались и передавались с К=1. Конденсаторы С2 и С3 подавляют высокочастотные помехи источников питания. В данной схеме не нужна цепь защиты от перегрузки, так как сигнал на вход подается с маломощного устройства (звукоснимающей головки либо кварца).
Основными условиями для правильной работы схемы являются подбор транзисторов по мощности и максимальному току нагрузки, а также операционного усилителя по максимальному выходному току, скорости нарастания и частоте единичного усиления.
Коэффициент усиления устройства должен быть 100. То есть резисторы, создающие обратную связь мы должны выбрать в отношении 1/100. Чтобы избежать больших токов резисторы нужно выбрать в пределах R2=10кОм-20кОм, R3=1МОм-2МОм.
Конденсатор С1 выбирается таким образом, чтобы на рабочей частоте у него было наименьшее сопротивление и коэффициент усиления определялся бы как Кос=1+R3/R2, а на постоянном токе Koc=1+R3/(R2+Rc)=1, так как конденсатор на постоянном токе представляет собой разрыв.
 |
ЛАЖА, НАДО СЧИТАТЬ ЧЕРЕЗ МОДУЛЬ ОТ КОМПЛЕКСА (jfC)
Koc(20Гц)=98.4 Кос(20кГц)=100.997
Конденсатор можно взять К53-1А 15 мкФ±20%
То есть установка конденсатора добавляет частотную погрешность, зато позволяет исключить погрешность от синфазного сигнала, Есм и его дрейфа до единицы.
Конденсаторы С2 и С3 нужны для предотвращения высокочастотной помехи источников питания. Их следует ставить, если в самом источнике питания нет такой защиты. Номинал конденсаторов порядка 0.1-20мкФ.
Так как к схеме предполагается подключить динамик, имеющий малое омическое сопротивление, то токи, протекающие через транзисторы будут значительными и транзисторы следует выбирать мощными. При этом желательно, чтобы они были комплиментарной парой, тогда искажения на транзисторах при положительной и при отрицательной полуволнах будут одинаковыми. В качестве таких транзисторов можно взять КТ814Б (p-n-p, Si) и КТ815Б (n-p-n, Si). Их характеристики:
Pmax=10Bт – максимальная рассеиваемая мощность
fгр=3МГц – граничная частота
Uпроб=50В – напряжения пробоя
Iкмах=1.5А – максимально допустимый ток коллектора
b>40 – коэффициент передачи тока
В качестве ОУ можно взять КР544УД1. Характеристики:
К=50000
Uсм=15мВ
Uвх=10В, Uвых=10В, Uпит=±15В
V=2В/мкс
f1=5МГц
Iвых=20мА
Проверим соответствие данных элементов требованиям задания.
 |
Rнмин=2.5Ом
 |
Iн=Uн/Rнмин=1/2.5=0.4А
Uкэнас=(0.6/0.1)*0.4=2.4В
ЛАЖА, КПД МАЛЬНЬКОЕ, ЭТО ПОДГОНКА
ПИТАНИЕ ТРАНЗИСТОРОВ ПРИ ВЫХОДНОМ СИГНАЛЕ 1 вольт НАДО 1.2 ВОЛЬТА ПРИМЕРНО, А ТУТ АЖ 15
Ртрмах=10Вт>>Ртр
Следовательно, по максимальной мощности это транзистор подходит.
Проверим теперь по максимально допустимому току коллектора. Он должен быть не меньше, чем максимальный ток нагрузки.
Iкмах=1.5А, а Iнмах=0.4А, следовательно этот параметр тоже удовлетворен.
Граничная частота, на которой у транзисторов не возникает искажений сигнала для данного типа транзистора равна 3МГц, а сигнал имеет максимальную частоту 20кГц (звуковой диапазон), что много меньше граничной частоты.
Напряжение Uнмакс+Eпит не должно превышать максимально допустимого напряжения между коллектором и эмиттером. Uнмакс+Епит=1В+15В=15В, а Uдоп=50В
Операционный усилитель нужно проверить на максимальную скорость нарастания выходного сигнала V, максимальный выходной ток Iвых и частоту единичного усиления.
Vмин=2p fв Uнмах = 6.28 20кГц 1В = 125600В/с=0.12В/мкс
У ОУ КР544УД1 скорость нарастания сигнала равна 2В/мкс, то есть искажений возникать не будет.
Для нормальной работы схемы выходной ток ОУ должен быть больше, чем входной базовый ток транзисторов.
Iбаз=Iн/b=0.4/40=10мА – максимальный базовый ток транзисторов
Выходной ток ОУ равен 20мА.
Проверим, на сколько завалится Кос на частоте 20кГц (fв):
Мв=1.077
То есть на частоте 20кГц Кос будет равен Косср/Мв=93
Погрешность от конечности подавления синфазного сигнала:
Мсф=К/Ксф=50000/3162=15.8
К`ос=(1+R2/R1)(1+1/Mсф)=107.3
d1=(К`ос-Кос)/Кос = +7%
Погрешность от Есм:
Так как для уменьшения погрешности от Есм был поставлен конденсатор С1, то Есм передается с единичным усилением и погрешность при Кос=100 составляет ±1%.
d2=±1%
Погрешность, связанная с завалом коэффициента усиления с повышением частоты:
К`ос.верх=Кос.сред/Мв – погрешность от завала амплитудо-частотной характеристики ОУ.
С учетом погрешностей резисторов и конденсатора d3мах=+1%-9%. Основной вклад в это погрешность вносит не погрешность элементов, а завал коэффициента усиления с повышением частоты.
 |
Порядок d4 очень мал, по сравнению с другими погрешностями, так как входные токи очень малы. Поэтому ее можно не включать в расчет.
Аналогично убеждаемся, что погрешности от конечности К, Rвх и Rвых также пренебрежимо малы по сравнению с погрешностью от синфазного сигнала и от завала АЧХ ОУ.
Суммарная погрешность вычисляется как сумма аддитивных погрешностей:
d=d1+d2+d3=7%+(+1%-9%)+(+1%-1%)=+9%-3%, то есть меньше, чем заявленная ±10%.
|
Наименование |
Кол-во |
Тип |
|
Конденсаторы С1,С2,С3 |
3 |
К53-1А 15М±20% |
|
ОУ К1 |
1 |
КР544УД1 |
|
Резисторы R1 R2 R3 |
1 1 1 |
РП1-72А 1 – 1МОм±10% C2-29В-0,125 20кОм±0,05% C2-29В-0,125 2МОм±0,05% |
|
Транзисторы Т1 Т2 |
1 1 |
КТ814БКТ815Б |
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.