Усилитель вертикального отклонения осциллографа (VDV-1375)

Посмотреть архив целиком

19



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: ФТ-429



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=(10500)мВ

и=5мкс


Выходной сигнал:

Uвых=250В


Нагрузка:

Rн=250кОм


Входное сопротивление:

Rн>100кОм


Элементная база:

Использовать ИМС.


Диапазон температур:

T=(2020)0C

















Справочные данные на элементы.


Микросхемы


Микросхема 140УD5А

UUпит=12В

КуU=1500125000

Rвх=100кОм

Rвых<1кОм

f1=15мГц

Uвых<


Микросхема 140УD10

UUпит=(516)В

КуU=50

Rвх=1мОм

Rвых<1кОм

f1=15мГц


Транзистор 2Т888А

UКЭмах=900В

=0.976

=40

fв=15мГц

Uвых<10В

IКб0<10мкА

IКмах=100мА

PКмах=7Вт (с теплоотводом)

Ск=45пФ

Тип p-n-p












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/(1-K1)

R3=R1*K2/(1-K2)

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.


К
оэффициент усиления ОУ определяется по формуле:

Возьмём коэффициент усиления DA1 и DA2 K01*=16

Возьмем R1=10 кОм

Тогда: R2=R1(K0-1)= 150кОм


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


Н
ижняя граничная частота при C1=1мкФ


В
озьмём 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

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


П
усть максимальный коэффициент усиления составит K0мах=4


Следовательно R7=R5(K0min-1)-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


В
ерхняя 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 К021 когда R2<1


Пусть R1=10кОм и R2=1кОм K021


Для обеспечения симметричного выхода сделаем R2 – переменным сопротивлением


Верхняя граничная частота для 140УD10 – равна 15МГц


Нижняя граничная частота равна:



Н
еобходимо 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.

У
равнение 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=1640016 кОм

R
1=112272 Ом110 кОм


R
Б14кОм


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

Определим крутизну

S=IК0/м*т=256мА/В


Рассчитаем gэкв

gК=1/RК=1/13.5=7.4*10-5

gн=1/Rн=4*10-6

gi=h22=(1+)IКбо/UКэо=1.177*10-6

gэкв=gi+gн+gк=7.93*10-5


Рассчитаем коэффициент усиления

KO=S/gэкв=3228


Введём О.О.С. разделив сопротивление RЭ

Пусть K0*=30 тогда K0*= K0/1+*K0

=RЭ/RК=0.033 RЭ - сопротивление О.О.С.


RЭ=* RК=445Ом RЭ1=RЭ-RЭ4кОм-430Ом3,6кОм

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


Входная проводимость:

G11= IК0*т*=6.4*10-3

т – тепловой потенциал

rвх =1/g11=156 Ом

rэ=т/IЭо=1.27Ом


сопротивление базы транзистора

rБ=rвх-rЭ=105Ом


Расчёт по переменному току:





Н
айдём нижнюю частоту





















Расчёт граничных частот


Р

ассчитаем верхнюю частоту всего усилителя по формуле:


Обеспечим при этом длительность фронта равной:


Ф=0.35/fВ=0.34 мкс


что для И=5мкс составляет менее 7%


Рассчитаем нижнюю частоту всего усилителя по формуле


fн= fнпр+fнфаз+fнокон=5+16+260=281Гц

Для предварительного усилителя

нпр4*Rвх=0.1с

fнпр= 1/(2*нпр)=1.6 Гц

Для фазоинвертора

нфи7*R10=0.01с

fнфи= 1/(2*нфи)=16 Гц

Для предоконечного каскада

нпре8*Rвх=1с

fнпре= 1/(2*нпре)=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.

















Случайные файлы

Файл
147766.rtf
2823-1.rtf
14885.rtf
115987.rtf
24917-1.rtf