Проектирование промежуточной части
Проектирование промежуточной части произведём согласно значению коэффициента усиления равной - 25. Так как имеем невысокий коэффициент усиления, в промежуточной части спроектируем 1 каскад операционного усилителя. Промежуточную часть усилителя реализуем на инвертирующей схеме включения операционного усилителя.
Для промежуточной части по техническим
данным выберем операционный усилитель
К140УД25А, имеющий следующие
характеристики:
Куи=106 Iпот=4,7мА
Uсм=30мкВ ∆Uсм/С°=0,6мкВ/С°
I вх=40нА ∆Iвх=±35нА
Rвх.диф=6∙106Ом Uпит=15В±10%
Т=-10÷70С0
Сопротивление R5 возьмём равным 2,2 кОм. Далее рассчитаем сопротивление R6, для усилителя с коэффициентом усиления 25, отрицательной обратной связи по формуле:
Рассчитаем сопротивление R7:
Найдём коэффициенты усиления усилителя на нижней и верхней границах частот усилителя:
Коэффициент частотных искажений МПРОМ :
Фазовый
сдвиг промежуточной части в полосе
рабочих частот
равен 180°.
Согласно техническому заданию нижняя граница диапазона частот усилителя 150 Гц, а верхняя граница диапазона частот 8000 Гц. Рассчитаем фильтры верхнего и нижнего диапазона усилителя.
Рассчитаем С1 для нижней границы по формуле:
Рассчитаем С2 для верхней границы по формуле:
Проектирование выходной части усилителя
По заданию усилитель должен иметь выходной ток 225 мкА, при нагрузке 200 Ом и обеспечивать погрешность коэффициента усиления в полосе рабочих частот не более 3%.
Оценим максимальное выходное напряжение при нагрузке 200 Ом и токе на выходе усилителя 225 мкА.
Основываясь на данных, полученные из расчета, для выходной части используем микросхему К140УД25А в схеме включения инвертора напряжения (обеспечивающую требуемого фазового сдвига). Выходной каскад имеет усиление равный 6. Так как для ОУ К140УД25А сопротивление нагрузки должно быть не менее 2кОм используем усилитель мощности на транзисторах VT1 и VT2. Такие схемы позволяют получить большие выходные токи и обеспечивают получение малых выходных сопротивлений. Каждое из плеч выходного усилителя мощности работает в течении одного полупериода. Резистор R11 защищает ОУ от короткого замыкания на выходе. Диоды VD1, VD2 и VD3,VD4 (КД519Б Uобр=40В, Iпр=30mА) служат для перевода работы транзисторов. С помощью резисторов R12 и R13 задаётся ток диодов и падение напряжения на них. Резисторы R14 и R15 введены для защиты выходного каскада от короткого замыкания выходных зажимов (их выбираем так, чтобы при Rнагр =0 токи транзисторов не превышали допустимые). Выходной каскад составляем исходя из следующих рассуждений – от выходного каскада требуется получить амплитуду выходного тока Iвых к=225мкА, при выходном напряжении Uвых к=0,045В. Зная, что у ОУ минимальное сопротивление нагрузки равно 2кОм, максимальная амплитуда выходного тока ОУ равна:
Для получения в нагрузке тока 225мкА коэффициент усиления по току выходного каскада должен быть равен:
Так как h21э у одного транзистора, у которого IK max позволяет обеспечить в нагрузке нужное значение тока, находится в пределах 20÷50, используем одно плечо выходных транзисторов. Таким образом, по ориентировочной оценке одно плечо обеспечит получение требуемого коэффициента усиления по току с достаточно большим запасом.
Определившись со схемой приступим к выбору транзисторов, согласно следующим условиям:
UK max K <1/2 E ≤ 1/2 UКЭ max ;
IK max K <IK max ;
PH max <1/4 UКЭ max∙IK max ;
PH max <(2÷3)PK max ;
КТ206А – транзистор кремниевый n-p-n усилительный
h21э=30, UКЭ макс=20В, IK макс=20mА.
КТ207Б – транзистор кремниевый p-n-p усилительный
h21э=30, UКЭ макс=30В, IK макс=10mA.
Выбрав R8 равным 2,2кОм рассчитаем параметры сопротивлений:
Найдём коэффициенты усиления усилителя на нижней и верхней границах частот усилителя:
Коэффициент частотных искажений МВЫХ :
Коэффициент частотных искажений всего усилителя равен:
Фазовый сдвиг в выходной части в полосе рабочих частот равен 180°. Общий сдвиг всего усилителя 0°.
