2096.Учебная работа .Тема:Усилитель вертикального отклонения осциллографа

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (2 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...

Тема:Усилитель вертикального отклонения осциллографа»,»

Министерство общего и профессионального образования РФ

Уральский государственный технический университет

Кафедра ФМПК

РАСЧЁТ ЭЛЕКТРОННОГО УСИЛИТЕЛЯ

Пояснительная записка

19.02 520000 012 ПЗ

Студент: Лебедев В.В.

Руководитель: Стрекаловская З.Г.

Н. Контролёр Замараева И.В.

Группа: ФТ429

Екатеринбург

1998 г.


Содержание

Стр.

1. Введение 3

2. Техническое задание 3

3. Справочные данные на элементы 4

4. Структурная схема усилителя 5

5. Расчёт входного делителя 6

6. Расчёт предусилителя 7

7. Расчёт фазоинвертора 9

8. Расчёт оконечного каскада 11

9. Расчёт граничных частот 15

10. Заключение 16

11. Библиографический список 17

12. Приложения 18


Введение.

Согласно техническому заданию, требуется спроектировать и рассчитать широкополосный электронный усилитель, работающий на симметричную нагрузку, обеспечивающий на выходе усиленный входной сигнал с допустимыми искажениями

Техническое задание.

Входной сигнал:

Экспоненциальный импульс отрицательной полярности.

Uвх=(10¸500)мВ

tи=5мкс

Выходной сигнал:

Uвых=250В

Нагрузка:

Rн=250кОм

Входное сопротивление:

Rн>100кОм

Элементная база:

Использовать ИМС.

Диапазон температур:

T=(20±20)0C

Справочные данные на элементы.

Микросхемы

Микросхема 140УD5А

UUпит=±12В

КуU=1500¸125000

Rвх=100кОм

Rвых<1кОм

f1=15мГц

Uвых<±4В

Микросхема 140УD10

UUпит=±(5¸16)В

КуU=50

Rвх=1мОм

Rвых<1кОм

f1=15мГц

Транзистор 2Т888А

UКЭмах=900В

a=0.976

b=40

fв=15мГц

Uвых<±10В

IКб0<10мкА

IКмах=100мА

PКмах=7Вт (с теплоотводом)

Ск=45пФ

Тип pnp

Структурная схема усилителя

Исходя из технического задания, была выбрана структурная схема усилителя рис.1

Структурная схема усилителя


Uвх Входной Предусилитель

Делитель


Фазоинвертор Оконечный

каскад

Рис.1

Входной делитель даёт возможность делить входной сигнал в соотношениях 1:1, 1:10, 1:50.

Предусилитель обеспечивает большой коэффициент усиления при минимальных искажениях.

Фазоинвертор обеспечивает на выходе одинаковые по модулю и разные по фазе напряжения.

Оконечный каскад обеспечивает усиление мощности сигнала для эффективного управления нагрузкой. Так как он вносит в сигнал максимальные искажения, то его коэффициент усиления этого каскада выбирают небольшим.


Входной делитель

С1


R1


C2 R2 C3 R3


Рис №2

Зададимся

R1=100кОм

С1=220пФ

K1= 0.1 ( коэффициент деления 1:10)

K2=0.02 ( коэффициент деления 1:50)

C1R1= C2R2= C3R3

R2=R1*K1/(1K1)

R3=R1*K2/(1K2)

R2=11кОм

R3=2кОм

Рассчитаем СI

Пусть С1=220пФ

Тогда С21*R1/R2=2нФ

С31*R1/R3=10.8 нФ

Номинальные значения:

R2=11кОм С2=2 нФ

R3=2кОм С3=11 нФ

Предварительный усилитель

C1 DA1 C2 DA2 C3 DA3

+ + +


R2 R4 R6 R7

R1 R3 R4


Рис. 3

Первый и второй каскад (DA1,DA2) предусилителя идентичны и построены на ОУ 140УД5А

Расчёт ведем для одного каскада.


Коэффициент усиления ОУ определяется по формуле:

Возьмём коэффициент усиления DA1 и DA2 K01*=16

Возьмем R1=10 кОм

Тогда: R2=R1(K01)= 150кОм

Верхняя граничная частота при K0=16, fВ=5МГц (справ. данные)


Нижняя граничная частота при C1=1мкФ


Возьмём С45=1 мкФ R7=100кОм R6=33кОм

Третий каскад (DA3) предусилителя построен на ОУ 140УД10

В последним третьем каскаде введена регулировка коэффициента усиления всего усилителя. Зададимся условием чтобы его минимальный коэффициент усиления был равен: К­0=3 он зависит от величен сопротивлений R5 и R6


При R5=10кОм и R6=20кОм коэффициент усиления составит K0min=3


Пусть максимальный коэффициент усиления составит K0мах=4

Следовательно R7=R5(K0min1)R6=10кОм

Верхняя граничная частота при K0=4, fВ=5МГц (справ. данные)

Нижняя граничная частота при C3=1мкФ


Параметры всего ПУ

Коэффициент усиления всего ПУ: K0=K01K02K03

K0max=K01K02K03=1024

K0min=K01K02K03=768


Верхняя граничная частота:

FВПУ=2.9 МГц

Нижняя граничная частота

fн= f1+f2+f3=5Гц


Расчёт фазоинвертора:

С2 DA1

+


Вх

R2


C1 R1 DA2

+


Рис. 4

Фазоинвертор построен на 2x ОУ 140УД10

DA1 включен как повторитель

DA2 включен как инвертор

Коэффициент усиления повторителя К01=1

Коэффициент усиления инвертора К02»1 когда R2<<R1

Пусть R1=10кОм и R2=1кОм Þ K02»1

Для обеспечения симметричного выхода сделаем R2 – переменным сопротивлением

Верхняя граничная частота для 140УD10 – равна 15МГц

Нижняя граничная частота равна:


Необходимо чтобы FН1=FН2 (нижние граничные частоты обоих плеч были одинаковые )

Вожмём С1=1мкФ тогда:


Т.К. RВХповт=RВхоу=1 МОм=100R1,

то чтобы FН1= FН2 следует взять С2=0,01C1=0.01 мкФ


Расчёт оконечного каскада


R1 Rк

Cc2 Cc4

Cc1 Cc3

VT1 VT2


R2 Rэ

CЭ Rэоб


Рис. 5

Принципиальная схема оконечного каскада изображена на рис.3

Поскольку у нас симметричная нагрузка то будем вести расчёт на одно плечо.


Уравнение линией нагрузки будет выглядеть следующим образом:

IКмах=40мА

Динамическая линия нагрузки транзистора

I мА

40

Р.Т.

20


0 100 350 700 UкэВ

Рис. 4


Возьмем RЭ=4кОм и RК=13.5кОМ

Рабочая точка: IК0=20мА UКЭ0=350В


Найдем рассеиваемую мощность

P=5.4Вт и P=I2Э0*RЭ=1.7Вт

Произведём расчёт базового делителя:

Пусть Iдел=5мА

UЭ0= IЭ0*RЭ=20мА*4кОм=82В напряжение на эмиттере

UБ0= UЭ0*UБЭ=82.5В напряжение на базе

R2= UБ0/Iдел=16400»16 кОм


R1=112272 Ом»110 кОм


RБ»14кОм

Найдём коэффициент термонестабильности NS=1+RБ/RЭ=4,6

Определим крутизну

S=IК0/м*jт=256мА/В

Рассчитаем gэкв

gК=1/RК=1/13.5=7.4*105

gн=1/Rн=4*106

gi=h22=(1+b)IКбо/UКэо=1.177*106

gэкв=gi+gн+gк=7.93*105

Рассчитаем коэффициент усиления

KO=S/gэкв=3228

Введём О.О.С. разделив сопротивление RЭ

Пусть K0*=30 тогда K0*= K0/1+g*K0

g=RЭ/RК=0.033 RЭ сопротивление О.О.С.

RЭ=g* RК=445Ом Þ RЭ1=RЭRЭ»4кОм430Ом»3,6кОм

F=1+g*K0=107.5 – глубина обратной связи

Входная проводимость:

G11= IК0/м*jт*b=6.4*103

jт – тепловой потенциал

rвх =1/g11=156 Ом

rэ=jт/IЭо=1.27Ом

сопротивление базы транзистора

rБ=rвхbrЭ=105Ом

Расчёт по переменному току:



Найдём нижнюю частоту


Расчёт граничных частот


Рассчитаем верхнюю частоту всего усилителя по формуле:

Обеспечим при этом длительность фронта равной:

tФ=0.35/fВ=0.34 мкс

что для tИ=5мкс составляет менее 7%

Рассчитаем нижнюю частоту всего усилителя по формуле

fн= fнпр+fнфаз+fнокон=5+16+260=281Гц

Для предварительного усилителя

tнпр4*Rвх=0.1с

fнпр= 1/(2p*tнпр)=1.6 Гц

Для фазоинвертора

tнфи7*R10=0.01с

fнфи= 1/(2p*tнфи)=16 Гц

Для предоконечного каскада

tнпре8*Rвх=1с

fнпре= 1/(2p*tнпре)=0.2 Гц

Для оконечного каскада

fнокон=260 Гц

RЭоб=0.5RЭ1=1780Ом

Расчет транзисторов на мощность

Обозначение

Рассеиваемая мощность

Примечания

R1

0.0625 мкВт

R2

0.625 мкВт

R3

2,5 мкВт

R4

17мкВт

R5

5мкВт

R6

0.272мВт

R7

80мкВт

R8

0.435мВт

R9

1.7мВт

R10

10мВт

R11

0,14Вт

R12

0.18Вт

R13,R20

0.91Вт

R14,R21

0.4Вт

R15,R19

5.4Вт

Необходим радиатор

R16,R18

1.7Вт

R17

1Вт


Заключение

В ходе данной работы был спроектирован электронный усилитель, позволяющий усиливать переменное напряжение. Параметры данного усилителя соответствуют техническим требованиям.


Библиографический список.

1. Полупроводниковые приборы. Транзисторы средней и большой мощности. Справочник. Под.ред. А.В.Голомедова. Москва,; Радио и связь, 1994

2. Интергральные микросхемы. Операционные усилители. Справочник. Москва,; ВО “Наука”,1993.