Проектирование и расчет полосового усилителя с коэффициентом усиления: К0=20

Министерство образования Российской Федерации

Хабаровский Государственный Технический университет

Кафедра: «Вычислительная техника»

Задание

по курсовому проекту

Студенту 2 года обучения, группы ВМ     факультета заочного ускоренного обучения

Фамилия   Лесков            Имя   Владимир                Отчество   Леонидович

Время выдачи задания:  25 декабря 2001 год

Срок выполнения проекта: 20 апреля 2002 год

Тема проекта:

Проектирование и расчет полосового усилителя.

Исходные данные к проекту:

Спроектировать полосовой усилитель с коэффициентом усиления: К0=20;

Сопротивление нагрузки: Rн=1 кОм;

Напряжение выхода: Uвых=12 В;

Полоса пропускания: fм =50 кГц,  fв =3 мГц;

Сопротивление источника: Rист=75 Ом;

Коэффициент нестабильности, коэффициент усиления: 1,5 %.

Содержание.

1.  Задание.

2.  Введение.

3.  Проектирование и расчет ФНЧ.

4.  Проектирование и расчет ФВЧ.

5.  Проектирование и расчет выходного каскада.

6.  Выбор интегральных операционных усилителей.

7.  Проектирование и расчет полосового усилителя в целом.

8.  Проектирование и расчет источника питания.

9.  Таблица элементов.

10.  Литература.

Перечень графического материала:

1. Печатная плата полосового усилителя.

2. Печатная плата блока питания.

3. Принципиальная схема блока питания.

2. Введение.

При проектировании и расчете полосового усилителя будем использовать операционные усилители. Операционным усилителем называют усилитель напряжения, предназначенный для выполнения различных операций с аналоговыми сигналами: их усиление или ослабление, сложение или вычитание, интегрирование или дифференцирование, логарифмирование или потенцирование, преобразование их формы и другие. Все эти операции ОУ выполняет с помощью цепей положительной и отрицательной обратной связи, в состав которых могут входить сопротивления, емкости и индуктивности, диоды, стабилитроны, транзисторы и некоторые другие электронные элементы. Поскольку все операции, выполняемые при помощи ОУ, могут иметь нормированную погрешность, то к его характеристикам предъявляются определенные требования.

Требования эти в основном сводятся к тому, чтобы ОУ как можно ближе соответствовал идеальному источнику напряжения, управляемому напряжением с бесконечно большим коэффициентом усиления. А это значит, что входное сопротивление ОУ должно быть равно бесконечности, а следовательно, входной ток должен быть равен нулю. Выходное сопротивление должно быть равно нулю, а следовательно, нагрузка не должна влиять на выходное напряжение. Частотный диапазон усиливаемых сигналов должен простираться от постоянного напряжения до очень высокой частоты.

3. Проектирование и расчет ФНЧ.

3.1 Краткое обоснование выбранного усилителя.

Анализ исходных данных показывает, что полосовой усилитель целесообразно построить на интегральных операционных усилителях (ОУ). Будем использовать активные фильтры первого порядка.

Для построения полосового усилителя соединим последовательно три звена:

·  Входной каскад (Активный Фильтр Нижних Частот).

·  Промежуточный каскад (Активный Фильтр Высоких Частот).

·  Выходной каскад (буферный усилитель на ОУ).

Поскольку верхняя частота среза (¦_в=3 МГц) сравнительно высока, то целесообразно коэффициент усиления распределить между всеми звеньями примерно одинаково:

·  Коэффициент усиления 1-го каскада К₁=2;

·  Коэффициент усиления 2-го каскада К₂=2;

·  Коэффициент усиления 3-го каскада К₃=5.

В итоге структурная схема полосового усилителя примет вид, показанный на рисунке 1:

 

Рис. 1. Структурная схема полосового усилителя.

3.2 Выбор и расчет принципиальной схемы ФНЧ.

Схема фильтра нижних частот первого порядка приведена на рис. 2:

 

Рис. 2. Схема фильтра нижних частот первого порядка.

Передаточная функция ФНЧ первого порядка в операторной форме выглядит так:

 

, где А₀ – коэффициент усиления звена.

Для обобщенной частоты среза w_в=2p*¦_в[рад/с] передаточная функция имеет вид:                              , где К₁ – коэффициент усиления ФНЧ,

С – коэффициент выбранного фильтра (для фильтра Баттерворта первого порядка С=1).

Найдем значения пассивных элементов схемы на рис. 2.

Значение емкости С₁ рекомендуется выбирать близким к значению 10/¦_в[мкФ], при этом значения сопротивлений:

 

Рассчитываем:

С₁=3,3 пФ  Выбираем ближайшее номинальное значение из ряда Е6, тогда:

R₁=16 кОм;

R₂=33 кОм;

R₃=33 кОм.

3.3 Расчет логарифмической амплитудно-частотной характеристики (ЛАЧХ).