Расчет требуемой глубины ОСС

Для уменьшения нелинейных искажений сигнала, возникающих в каждом каскаде усилителя синусоидального сигнала, вводится общая отрицательная обратная связь (ООС) по напряжению со сложением напряжения.

1) Находим суммарный коэффициент нелинейных искажений вносимый усилителем синусоиды (принимаем g_ПУ = 1%):

.

2) Находим нелинейные искажения отводимые на усилитель синусоиды:

,

3) Обратная связь должна обеспечить такое усиление, чтобы, имея известный после расчета генератора сигнал на входе предусилителя, получить требуемый сигнал в нагрузке (принимаем напряжение на выходе генератора синусоиды с учетом регулировки равным U_вхПУ = 2,5 В), т.е.

K_β=U_нm/U_вхПУ = /U_вхПУ = ,

4) Вводимая ООС должна подавить величину суммарных нелинейных искажений γ_∑ до требуемого значения γ_{Уsin треб}, т.е. необходимый фактор ООС равен:

5) Находим коэффициент усиления при разомкнутой ОСС:

К = К_ПУ × К_1УМ × К_2УМ = F·К_β= 95,8∙2,53 = 242,374

Находим β=

6) Находим коэффициент передачи ПУ:

3. ГЕНЕРАТОР СИНУСОИДЫ НА ОПЕРАЦИОННОМ УСИЛИТЕЛЕ

Исходные данные:

- выходной сигнал – синусоидальный сигнал с частотой f_н = 17 кГц.

Схема генератора синусоиды со стабилизацией амплитуды с помощью полевого транзистора и использованием в цепи положительной ОС моста Вина приведена на Рисунке 3.1.

Стабилизация частоты выходного напряжения осуществляется с помощью кварцевого кристалла; стабилизация амплитуды осуществляется с помощью схемы автоматической регулировки усиления (АРУ). В целом схема генератора такого типа обеспечивает уровень искажений синусоидального напряжения не хуже 0.2%.

Расчёт генератора ведётся в следующей последовательности.

Рисунок 3.1 – Принципиальная схема генератора синусоиды

Выбор полевого транзистора

Обозначим через R_к сопротивление канала полевого транзистора. Тогда типичная зависимость R_к от напряжения на затворе для ПТ, изготовленного методом двойной диффузии, будет следующая:

. (3.1)

ПТ работает в режиме малого сигнала (U_си около 1.5 В) и представляет собой переменный резистор. U_{зи_с} следует выбирать в середине активной области. Например, для ПТ с n-каналом и управляющим p-n-переходом U_{зи_с} необходимо выбирать между U_зи=0 и U_{зи max}.

Выбор ОУ

Следует выбирать ОУ, который имеет линейную характеристику в заданном диапазоне изменения выходного напряжения, а также он должен обеспечивать требуемый ток в нагрузке.

Наиболее подходящим следует считать ОУ с полевым транзистором на входе, для которого диапазон возможных величин сопротивлений в цепи ОС ограничивается десятками МОм.

Выбор диода VD1

Диод выбирают из условий:

U_обр=U_вых=U_{вых ОУ max}/2 < U_{обр max}; I_пр=I_ст < I_{пр ср max}.

После выбора диода рассчитывается его сопротивление при прямом включении:

(3.2)

Выбор стабилитрона VD2

Стабилитрон выбирают из условия:

U_ст £ U_вых-U_прVD1-U_{зи_c}. (3.3)

Расчёт резисторов и емкостей

Сопротивление канала ПТ при U_зи=0 равно:

. (3.4)

Для стационарного (установившегося) режима работы генератора сопротивление канала ПТ равно:

. (3.5)

Сопротивления R1 и R2 равны:

. (3.6)

Сопротивление резистора R3 рекомендуется принять равным (50 100) кОм и с учётом этого рассчитать ёмкость С1 по формуле:

(3.7)

Расчёт моста Вина

Принципиальная схема моста Вина с кварцевым резонатором представлена на Рисунке 10.2.

Для того, чтобы выполнить условие согласования резонансной частоты кристалла и частоты моста Вина, величину резистора R подбирают равной резонансному сопротивлению кристалла, а значение ёмкости конденсаторов С определяют из выражения

RC=1/(2pf_вых). (3.8)

Рисунок 3.2 – Принципиальная схема моста Вина

Цепь АРУ, подключенная к инвертирующему входу ОУ, компенсирует изменения резонансного сопротивления кристалла с температурой, поддерживая тем самым амплитуду и частоту выходных сигналов постоянной.

Однако при больших изменениях температуры для лучшей стабилизации параметров выходного напряжения генератора в цепь положительной ОС последовательно с кварцевым кристаллом следует включить добавочный резистор небольшого номинала. В этом случае величина R должна быть равна сумме значений добавочного резистора и резонансного сопротивления кристалла.

Расчёт ведётся в следующей последовательности.

Сначала определяют: RC=1/(2pf_н). После этого выбирают кварцевый резонатор [см. приложение B] на заданную частоту. Затем подбирают такое сопротивление R_д, чтобы привести суммарное значение R=R_кр+R_д к ближайшему по ГОСТ. После этого рассчитывают ёмкость С:

, (3.9)

где ω_н=2pf_н.

1.2.7 Расчета генератора синусоиды.

Выбор полевого транзистора.

Выбираем полевой транзистор КП302В и по ВАХ (Рисунок-4.3) определим параметры стационарного режима: U_{зи_ c}=1,75 В, I_{c_с}=10 мА.

При U_зи=0: U_{си нас}=4,7 В; I_с=35 мА.

Рисунок 3.3 – ВАХ транзистора КП302В

Выбор ОУ.

Выберем ОУ типа К140УД6 с полевым транзистором на входе, имеющий следующие параметры:

U_п=±18В; I_п£0.1мкА; U_{вых max}=±11 В; R_н=1 кОм.

Выбор диода VD1.

Условия для выбора диода:

U_обр=U_{вых max}/2=11/2=5.5 B < U_{обр max}; I_пр=I_ст=3 мА < I_{пр ср max.}

выберем VD1 типа Д10 с параметрами:

I_{пр ср max}=3 мА;U_{обр max}=10 В; U_пр=0.6 В (при I_пр=3 мА);

. (3.10)

Выбор стабилитрона VD2.

U_ст £ U_вых-U_{пр VD1}-U_{зи с}=5.5-0.4-1,75=2.85 B. (3.11)

Выберем стабилитрон Д814А с параметрами:

U_ст=8 мВ В; I_{ст min}=3 мА; I_{ст max}=40 мА; R_{cт диф}=6 Ом.

Расчёт резисторов.

(3.12)

Принимаем: R3=75 кОм, тогда

(3.13)

После расчета сопротивлений и емкостей выбираем типы резисторов и конденсаторов, входящих в схему.

RC=1/(2pf_н)=1/2∙p·16000=9,94·10^-6. (3.14)

Выберем кварцевый резонатор РГ-0.1 с R_кр=1700 Ом. Выберем сопротивление R_д=100 Ом, тогда суммарное значение R=R_кр+R_д=1800 Ом. Тогда:

. (3.15)

Выбираем тип конденсаторов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Варакин Л.Е. Бестрансформаторные усилители мощности. Справочник. - М.: Радио и связь, 1984.- 128 с.

2. Проектирование усилительных устройств на транзисторах./ Под ред. Г.В. Войшвилло. - М.: Связь, 1972.- 384 с.

3. Проектирование транзисторных усилителей звуковых частот./ Под ред. Н.Л. Безладнова. - М.: Связь, 1978.- 368 с.

4. Проектирование усилительных устройств. Учебное пособие./ Под ред. Н.В. Терпугова - М.: Высш. школа, 1982.- 190 с.

5. Терещук Р.М. и др. Полупроводниковые приёмно-усилительные устройства. Справочник радиолюбителя. - К.: Наукова думка, 1989.- 672 с.

6. Радиотехнические схемы на транзисторах и туннельных диодах./ Под ред. И.И. Акулова. - М.: Связь, 1966.

7. Джонсон Д., Джонсон Дж., Мур Г. Справочник по активным фильтрам. - М.: Энергоматиздат, 1983.

8. Манаев Е.И. Основы радиоэлектроники: Учебное пособие для радиотехнических специальностей вузов. - М.: Радио и связь, 1985.

9. Остапенко Г.С. Усилительные устройства: Учебное пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1989.- 400 с.

10. Транзисторы для аппаратуры широкого применения./ Под ред. Б.Л.

Перельмана. - М., 1981.

11. Интегральные микросхемы: Справочник/Под ред. Б.В. Тарабрина. - М.:

Радио и связь, 1984.

12. Булычев А.Л. и др. Аналоговые интегральные схемы: Справочник -

Минск, 1994.

13. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник/ Под ред.

С.В. Якубовского. - М.: Радио и связь, 1989.- 496 с.

14. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры:

Справочник/ Под ред. Найвельта Г.С.- М.: Радио и связь, 1985.-592 с.

Поиск по сайту: