Анализ технического задания

Исходные данные

Произвести расчёт Усилителя постоянного тока по следующим исходным данным:

· Выходное напряжение Uвых=+/-15 В;

· Сопротивление нагрузки Rн=1 кОм;

· Диапазон усиливаемых частот fв=1 МГц;

· ЭДС источника сигнала Ег=2 мВ с сопротивлением Rг=10 кОм;

· Рабочая температура Траб.=50 град.

Анализ технического задания.

Усилитель постоянного тока (УПТ) служит для усиления медленно меняющихся сигналов, значение которых после изменения остается постоянным сколько угодно долго. Нижняя рабочая частота УПТ , а высшая – определяется назначением усилителя и условиями его работы.

В каскадах предварительного усиления в целях сокращения их числа возможно применение интегральных микросхем, наиболее универсальными из которых являются операционные усилители. Практическое использование операционных усилителей обусловлено большим значением коэффициента усиления, высоким входным и малым выходным сопротивлениями.

Возьмём в качестве предварительного каскада усиления операционный усилитель который имеет требуемый коэффициент усиления и допускает изменение выходного сигнала почти в полном диапазоне питающего напряжения, а так же обладает высоким входным и сравнительно малым выходным сопротивлениями, отличается большей стабильностью и простотой использования.

Выходной каскад выбираем Фазоинверсный с эмиттерной связью т.к. он предназначен для получения двух выходных сигналов, равных по амплитуде и противоположных по фазе, что соответствует заданию.

Промышленность выпускает сотни типов операционных усилителей (ОУ), они имеют неинвертирующий и инвертирующий входы и неинвертирующий выход. Принцип работы (ОУ) заключается в том, что выходной сигнал изменяется в положительном направлении, когда потенциал на неинвертирующем входе становится более положительным, чем потенциал на инвертирующем входе, о наоборот. Это не означает, что на одном входе потенциал всегда должен быть более положительным, чем на другом, а просто указывает относительную фазу выходного сигнала.

Применение сильной ООС снижает усиление и обеспечивает его стабильность.

3. Расчёт электрической принципиальной схемы усилителя.

3.1 Расчёт выходного дифференциального каскада.

Сквозной коэффициент усиления:

=1 (т.к мы используем ОУ с сигналом, подаваемым на неинвертирующий вход)

Дифференциальный каскад:

Рис.3. дифференциальный каскад.

Данный каскад удобен тем, что он симметричен и можно рассчитать только одно плечо. При выборе транзистора, учитываю, чтобы он удовлетворял следующим параметрам:

1) В

2) МГц

Где

3)Р_кдоп≥(3-4)Р_m;

мВт

Р_кдоп≥675 мВт;

4) , тогда

В качестве VT2 и VT3 выбираем транзисторы КТ815В (N-P-N) со следующими параметрами:

H₂₁=70; H_21эnom=70; F_пред=3 МГц; R_вхоэ=300 Ом;

U_кэдоп=60 В; I_кдоп=1 А; I_бдоп=0,5 А; Р_кдоп=1000 мВт;

С_к=40 пФ; С_э=60 пФ.

Найду Н₁₁ транзистора:

Ом

мА

Ом

Рассчитаю крутизну усиления транзисторов:

Выберем Eо из условия:

2(U_mвых+U_ост)<E₀<0.8U_кэдоп

2(15+3)<E₀<0.8(60)

Приму Е0=

Напряжение в рабочей точке:

U_ко=0,4 Е₀=14 В

Задам коэффициент усиления каскада К₀=50, выберу из номинального ряда добавочные сопротивления R₁₂, R₁₃ равные 22 Ом, тогда коэффициент усиления каскада с учётом местной обратной связи будет равен:

, где

Тогда коэффициент усиления дифференциального каскада будет равен:

Вычисляю приведённое сопротивление в цепи коллектора:

Ом

Найду сопротивление цепи коллектора R₉ и R₁₃:

Выбираюиз номинального ряда R₉ = R₁₃ = 360 Ом

Рассчитываю ток коллектора в рабочей точке:

мА

Рассчитываю значение сопротивления R₁₁ в цепи эмиттера:

Ом

Нахожу входное напряжение дифференциального каскада:

В

мА

3.2. Расчет фазоинверсного каскада.

Рис.3.2. фазоинверсный каскад.

Данные полученные из предыдущих расчётов, необходимы для расчёта фазоинверсного каскада:

Uвх=1,62 В;

Rн=1кОм;

мА;

мВт

Выбираемый транзистор VT1 должен удовлетворять следующим условиям:

1) В

2) МГц

Где

3) Р_кдоп ≥ (3-4) Р_m;

мВт

Р_кдоп ≥ 22.68 мВт;

4) , тогда

В качестве VT1 выбираю транзистор КТ 201 А со следующими параметрами:

H₂₁=50; H_21эnom=60; F_пред=10 МГц; R_вхоэ=100 Ом;

U_кэдоп=20 В; I_кдоп=20 мА; Р_кдоп=150 мВт; С_к=20 пФ;

Найду Н₁₁ транзистора для заданных условий:

мА

Ом

Ом

Рассчитаю крутизну усиления транзистора:

;

;

А / В

Е₀=36 В;

U_к0=0,4 Е₀=14 В.

Для обеспечения равенства обоих выходных сигналов, сопротивления R₆ и R₇ должны быть равными. R₆ = R₇; R^/₆ = R^/₇

Так как в качестве каскада предварительного усиления в дальнейшем будет использован каскад на операционном усилителе, рассчитаю сопротивления R₆ и R₇ исходя из условия:

R_К=390 Ом

Тогда:

Ом

Найдём входное сопротивление фазоинверсного каскада:

В

Коэффициент передачи фазоинверсного каскада: