3.2 Расчет сопротивлений резисторов промежуточного каскада усиления

Исходя из предыдущих расчетов получаем, что для стыковки предварительного и выходного каскада, необходим еще один усилительный каскад.

В соответствии со схемой включения транзисторов в выходном каскаде, определенной в техническом задании, выбирается следующая схема усилительного каскада, представленная на рис. 3.2.1

Рисунок 3.2.1 – Схема усилительного каскада

В качестве усилителя-сумматора предварительно выбираем операционный усилитель К140УД2А, максимальное напряжение на выходе которого ; минимально допустимое значение сопротивления нагрузки. Поскольку данные о внутреннем сопротивлении микросхемы отсутствуют, то для расчетов приминаем. Номинальное напряжение питания микросхемы ±12,6 В.

Определение сопротивлений резисторов промежуточного каскада усиления исходя из следующих условий:

Условие 1 - определяется достаточность входного напряжения усилительного каскада исходя из зависимости :

Ом

Условие 2 - определяется ограничение тока базы транзистора допустимым значением из зависимости:

Ом

Условие 3 - определяется требуемое входное сопротивление каскада из зависимости :

Ом

Ом

Где – входное сопротивление транзистора данного каскада усиления;

Таким образом условие вырождается в .

Условие 4 - определяются условия обеспечения требуемой термостабилизации из зависимости :

Условие 5 - определяется условие обеспечения требуемого тока в нагрузке из следующей функциональной зависимости:

Ом

Условие 6 - определяется условие ограничение значения обратного напряжения из ограничения на максимально допустимое значение:

Ом

Графики зависимости представлен на рис. 3.2.1

4 Расчет внешних цепей усилителя

4.1 Расчет коэффициента усиления охватываемой части усилителя и коэффициента передачи цепи отрицательной обратной связи

Определение номинального и относительногокоэффициента усиления усилителя мощности, охватываемого отрицательной обратной связью:

==10000

Где - наибольший коэффициент усиления по входу, относительно которого рассчитывается усилитель,- допустимое отклонение коэффициента передачи.

Определение коэффициента обратной связи,:

= = 0,005

Определение минимально допустимого значения коэффициента усиления операционного усилителя,:

0,72

Где - коэффициент усиления многокаскадного усилителя мощности, К_вх - коэффициент, учитывающий перераспределение сигналов, поданных на усилитель, между сопротивлениями внешних резисторов и входным сопротивлением первого каскада для дифференциального сигнала,

К_{вых ­}- коэффициент, учитывающий перераспределение напряжения холостого хода усилителя между внутренним сопротивлением усилителя мощности и сопротивлением нагрузки.

Таким образом, полученное значение коУmin меньше, чем минимально гарантированное значение коэффициента усиления операционного усилителя операционного усилителя выбранного типа.

Уточнение значения с учетом =35000:

=0,5134041,40,72=9999,88

4.2. Расчет параметров внешних цепей усилителя с параллельной отрицательной обратной связью по напряжению.

Так как в справочных данных не приводится параметры изменения

операционного усилителя от температуры окружающей среды, от времени

и при отклонении напряжения питания от номинального, то возьмем

типичные для этих микросхем параметры.

На операционный усилитель К140УД10, задаются изменения параметров усилителя от температуры окружающей среды:

;;

На операционный усилитель К140УД10, задаются величины, характеризующие изменение параметров операционного усилителя от времени:

; ;

Таким же образом принимаются и изменения значений параметров операционного усилителя при отклонении напряжения питания от номинального значения на 10%:

;;

Допустимая разность температур определяется по формуле:

,^oC ,

Где – нормальная температура окружающей среды, соответствующая 20,– нижний предел температуры, заданный в техническом задании

Определение параметров, определяющих ошибку в работе операционного усилителя:

,

Где - среднее значение тока ошибки, - разность токов ошибки,- напряжение смещения,- время безотказной работы, заданное в техническом задании.

Построение функциональной зависимости производится из условия, что напряжение покоя должно быть меньше допустимой величины дрейфа сигнала. Таким образом, получаются ограничения на погрешность резисторов внешних цепей, обеспечивающее требование к стабильности выходного напряжения усилителя.

Определение первого условия ограничения на погрешность резисторов внешней цепи(кривая 1 на рис.4.2.1):

,

Где - максимально допустимое значение дрейфа входного сигнала, заданное в техническом задании,

===- остаточное напряжение источников сигнала, заданное в техническом задании,- сопротивления по входам:,,, заданные в техническом задании.

Для упрощения расчета формулы удобно разбить ее на следующие составляющие:

+

В результате, подставляя все полученные значения в формулу, получается:

Определение второго условия ограничения на погрешность резисторов внешней цепи(кривая 2 на рис. 4.2.1):

С учетом следующих ограничений , получаются условия:

Где - наибольшее входное сопротивление усилителя, для которого производится расчет. Полученные значения приведены в таб. 4.2.1

Таблица 4.2.1 – Значения функциональных зависимостей

(кривая 1)	(кривая 2)	,кОм
0,240	0,0423	10
0,245	0,0423	20
0,146	0,0423	30
0,096	0,0423	40
0,066	0,0424	50
0,046	0,0424	60
0,032	0,0424	70
0,022	0,0424	80
0,013	0,0424	90
0,007	0,0424	100

Графики функциональных зависимостей изображены на рис. 4.2.1

Рисунок 4.2.1 – графики функциональных зависимостей

Из области допустимых значений выбираем и .

Определение сопротивления, стоящего в цепи обратной связи,:

,МОм

Определение сопротивлений входных цепей усилителя:

,

Где , ,- сопротивления цепей, подсоединенных к инвертирующему сходу относительно общей точки, - сопротивление цепей, подсоединенных к не инвертирующему входу относительно общей точки.

4.3 Расчет требуемой точности и выбор типа резисторов

Значения номинальных сопротивлений резисторов С2-50, соответствующие ряду Е24, имеют производственный допуск , что превышает допустимую точность . Поэтому будут рассматриваться резисторы С2-50, как соответствующие ряду Е96 с производственным допуском;;.

Таблица 4.3.1 - Погрешности резисторов различных типов

№ п./п.	1				2			3
Номинальная мощность, Вт	0,25				0,5			0,25
Тип резистора	С2-50				C2-23-0,5			C2-23И
Номинальный ряд	Е96				E96			E96
,%	0,5	1,0	2,0	1,0		2,0	1,0		2,0
(ТКС),до + 20	250				350			350
(ТКС),от + 20	100				100			250
	0,5	1,0	2,0	2,0		4,0	2,0		4,0
	0,4				0,4			1,0
	2,0				2,8			2,8
Время наработки ,ч	20000				25000			20000
	0,25	0,5	1	0,4		0,8	0,5			1,0
	1,15	1,9	3,4	1,8		3,2	2,5			4,0
	2,75	3,5	5	4,2		5,6	4,3			5,8
V,	14,4				20,7			22,6
m,г	0,15				0,15			0,2

Показан пример расчетов для резистора С2-50.

Определение погрешности от изменения температуры окружающей среды :

- для нижнего предела температуры (-60),:

- для верхнего предела температуры (+60) ,:

Так как в справочных данных не приведена информация об , то полагаем, что :

Определение погрешности от старения в зависимости от изменения температуры окружающей среды:

- для нижнего предела температуры (-60),:

- для верхнего предела температуры (+60) ,:

Так как в справочных данных не приведена информация об , то полагаем, что :

Определение погрешности от старения в зависимости от:

- для резистора с производственным допуском :

- для резистора с производственным допуском :

- для резисторов с производственным допуском :

В заключение определяется общая величина погрешности резистора:

- для резистора с производственным допуском :

- для резистора с производственным допуском :

- для резисторов с производственным допуском :

По аналогии производится расчет для резисторов С2-23-0,5 и С2-23И.

Исходя из данных таблицы, окончательно выбираем резисторы С2-23-0,5 (производимые номиналом от 0,2 Ом до 1 МОм), с производственным допуском 1%, которые имеют лучшие массогабаритные параметры, большую длительность безотказной работы и удовлетворяют полученной точности усилителя мощности.

Также, для резисторов сопротивлением более 1 МОм, выбираем тип С2-50 (производимые номиналом от 1 Ом и свыше 1 МОм), с производственным допуском 2%, которые так же удовлетворяют полученной точности усилителя мощности.