Проектирование малошумящего усилителя, способного выдавать усиленный входной сигнал без искажений и минимальной шумовой составляющей, страница 2

Выходной каскад служит для усиления сигнала до необходимой амплитуды.

Коэффициент усиления выходного усилительного каскада рассчитывается по формуле:  .

Сопротивление R₇ выберем из ряда Е24: R₇=10КОм. Тогда R₈=290КОм.

 Выберем R₉ из ряда Е24: К₉=10КОм.

Расчет ЛАЧХ и ЛФЧХ малошумящего усилителя.

Так как все каскады усилителя включены последовательно, передаточную функцию усилителя определим как произведение передаточных функций каждого каскада.

На графике АЧХ малошумящего усилителя проведена прямая, отступающая от верхней границы амплитуды ровно на 3 Дб, она показывает полосу пропускания усилителя, и пересекается с графиком на граничных частотах.

Из графика ФЧХ малошумящего усилителя видно, что в полосе пропускания фаза равна нулю, на граничных частотах:  и , вне полосы пропускания:  и . Видно, что ФЧХ усилителя сложилась из ФЧХ первого и второго каскадов.

Проектирование и расчет источника питания.

Малошумящий усилитель вместе с нагрузкой является потребителем, получающим электроэнергию от источника питания. Так как он спроектирован на операционных усилителях, необходим источник двуполярного питания. Схема источника питания малошумящего усилителя приведена ниже:

Источник питания состоит из трансформатора Т₁ , мостового выпрямителя VD₁-VD₄, сглаживающего фильтра и стабилизатора напряжения. Один ОУ  OP-27 EJ потребляет 2,5 мА при напряжении питания 15В, тогда 3 таких ОУ будут потреблять 7,5 мА. Ток потребляемый нагрузкой: . Тогда ток потребляемый усилителем и нагрузкой I_п=8,5 мА. Так блок питания должен выдавать напряжение 15В и ток 8,5мА.

В качестве стабилитронов VD₁-VD₄ выберем КС515А. Его характеристики:

U_{ст. ном.}=15В, I_{ст. мин}=1мА, I_{ст. мах}=53Ма, r_{ст. мах}=25Ом, Пусть коэффициент пульсации на входе стабилизатора а=0,05 и относительные отклонения напряжения в сети а_мах=а_пер=0,05. Номинальное напряжение на входе стабилизатора U_вх=15В, тогда минимальное напряжение на входе стабилизатора:

В, максимальное напряжение на входе стабилизатора: В.

Рассчитаем сопротивление R₁₀:

. Из ряда Е24 выберем R₁₀=82Ом. Рассчитаем мощность рассеиваемую резистором R₁₀:

. R₁₀=R₁₁  Выберем наиболее подходящие резисторы: МЛТ-0,125-82Ом.

Коэффициент пульсации на входе фильтра равен: К_п.вх.=0,667. Тогда коэффициент сглаживания равен: . Найдем значение емкости С₃: ;  С₃=С₄=620 мкФ.

Напряжение на входе выпрямителя U_{в вых}=15В, тогда максимально допустимое постоянное обратное напряжение диода:

. Найдем средний постоянный прямой ток диода: .Найдем максимально допустимый прямой ток диода: . Выберем выпрямительный диод удовлетворяющий данным параметрам: Д223. Его параметры: U_{пр. мах.}=1,0 В, U_{обр. мах.}=50 В, I_{пр. мах.}=0,05 А.

Рассчитаем сопротивление трансформатора: , где В=1,5, Т – магнитная индукция, j=3 А/мм² – плотность тока в обмотках трансформатора. Тогда: . Рассчитаем напряжение холостого хода на трансформаторе:

. Рассчитаем мощность трансформатора:. Напряжение вторичных обмоток: U₁=220В, . Наиболее подходящий трансформатор: ТПП-224-220-50.

Проектирование печатной платы.

Проектирование печатных плат сводится к выполнению следующих пунктов:

·  Реконфигурирование принципиальной исходной схемы для исключения  пересечения проводников.

·  Определение основных геометрических размеров печатной платы, используемого материала, диаметра монтажных и технологических отверстий.

·  Разводка печатных проводников.

Выберем размеры плат равными 185,5х73 мм для источника питания, и 157,5х58 мм для малошумящего усилителя. Материал плат – фольгированный стеклотекстолит.

№	Элемент	Марка	Номинал	Функциональный узел
1	R1	МЛТ-0,125	3 кОм	ФНЧ
2	R2	МЛТ-0,125	15 кОм	ФНЧ
3	R3	МЛТ-0,125	2,4 кОм	ФНЧ
4	R4	МЛТ-0,125	15 кОм	ФВЧ
5	R5	МЛТ-0,125	75 кОм	ФВЧ
6	R6	МЛТ-0,125	12 кОм	ФВЧ
7	R7, R9	МЛТ-0,125	10 кОм	Выходной каскад
8	R8	МЛТ-0,125	290 кОм	Выходной каскад
9	R10, R11	МЛТ-0,125	82 Oм	Стабилизатор напряжения
10	C1	КД-1	9,1 пФ	ФНЧ
11	С2	КМ-6	1,2 мкФ	ФВЧ
12	С3, С4	K-50	620 мкФ	Фильтр
13	VD1-VD4	Д223		Мостовой выпрямитель
14	VD5, VD6	КС515А		Стабилизатор напряжения

Вывод.

В ходе выполнения данного курсового проекта был спроектирован малошумящий усилитель, на основе ОУ OP-27 EJ и источник питания для него. Был сделан десяти процентный запас по полосе пропускания, с целью учесть отклонения реальных элементов от рассчитанных, а следовательно отклонения в работе реального устройства от заданных параметров. В ходе работы были выявлены недостатки использования активных фильтров первого порядка, а именно малая крутизна спада, следовательно и плохие избирательные свойства. Для устранения этих недостатков необходимо повышать порядок активных фильтров при последовательном включении отдельных фильтров.

Список Использованной Литературы.

1.  Гусев В. Г., Гусев Ю. М. Электроника. – М.: 1991 г. – 622с, с 392 – 399, с 431 – 437.

2.  Быстров Ю. А., Мироненко И. Г. Электронные цепи и микросхемотехника. –М.: Высш. ШК., 2002. – 384с, с 119 – 129.

3.  Мазель К. Б. Трансформаторы электропитания. – М.: Энергоиздат, 1982г. – 80с.

4.  Пряшников В. А. ТОЭ. Санкт-Петербург. Крона, 2000г.

5.  Нефедов В. И. Основы радиоэлектроники. – М.: Высш. Шк.

6.  Герасимов В. Г. Основы промышленной электроники – М.: Высш. Шк. – 336с, с 131 – 143.