КР Усилитель низкой частоты
.pdfФедеральное агентство по образованию Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Южно-Уральский государственный университет»»
Факультет «Заочный инженерно-экономический факультет» Кафедра «Автоматики и управления»
Разработка приложения в визуальной среде программирования
ПОЯНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ
по дисциплине «Электронные средства автоматики и управления» Вариант № 6
ЮУрГУ-220201.2014.286 КП
Нормоконтролер
« » |
2014 г. |
Руководитель |
. "У |
|
||
Константинова О.В. |
0 |
|||
« |
» |
|
2014 г. |
|
|
|
|||
Автор проекта |
|
|
||
студент группы |
|
|
||
ЗИЭФ-426 Юдинцев В.А. |
|
|||
« |
» |
|
2014 г. |
|
Проект защищен |
|
|
||
с оценкой |
|
|
|
|
|
,5~{ сед, <■<■i |
г <о ) |
|
|
|
« |
» |
2014 г. |
|
Челябинск 2014
ЮЖНО-УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Приборостроительный факультет Кафедра Автоматики и управления
ЗАДАНИЕ
на курсовое проектирование по курсу «Электронные средства автоматики и управления»
выдано студенту группы |
ЗИЭФ-426 |
Юдинцеву В.А. |
|
Код проекта |
|
0 579 358 |
192 316 294 999 962 |
Тема |
Усилитель низкой частоты |
||
Срок выдачи проекта |
__ |
|
|
Срок сдачи проекта |
__ |
|
|
Исходные данные к проекту
Рнмакс := 32 |
Вт |
Форма АЧХ - плоская |
|
Пнмакс := зо |
В |
Kf := 0.3 |
% |
Емин := 100 |
Гц |
Ввых := 0.1 |
Ом |
Емакс := 2104 |
Гц |
Ввх := 10J |
Ом |
М := 3 |
дБ |
Егтп := 0.1 |
В |
Содержание расчетно-пояснительной записки
О|-Ь И Рч |
Ом |
Ьр := -40 |
% |
At := 10..40 |
С |
Источник питания: 220 +.ш*
-Введение.
-Обоснование и выбор функциональной схемы устройства.
-Выбор и расчет принципиальных схем узлов устройства.
-Моделирование на ЭВМ работы функциональных узлов устройства.
-Заключение и выводы по соответствию характеристик и параметров устройства требованиям технического задания.
-Список используемой литературы.
Перечень графического материала.
-Принципиальная схема устройства
-Чертеж конструкции устройства.
Руководитель_____________________Константинова О.В.
Задание принял к исполнению «___» _______________2014г. Подпись студента___________________________________
ЮУрГУ-220201.20К .286 КП |
Лист |
/О |
|
Изм. Лист № докум. Подп. Дате |
|
ВВЕДЕНИЕ
Задачей курсового проектирования является закрепление теоретичских положений курса электронных устройств, а также углубление и приобретние новых знаний при самостоятельной работе с литературными источниками, приобретение навыков практического проектирования конкретных электронных устройств, в том числе с применением ЭВМ.
В данной работе используются следующие программные пакеты для проведения расчётов и разработке электронного устройства:
Mathcad 15.0 - выполнение математических расчетов требуемых элементов; ISIS Proteus 7 - моделирование электронного устройства.
ЮУрГУ-220201.20U.286 КП
Изм. Лист № докцм. Подп. Дате
1.ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА
Функциональная схема проектируемого устройства представлена на
рисунке 1.
Усилитель низкой частоты (УНЧ), состоит из выходного каскада - усилителя мощности (УМ), предварительного усилителя (ПУ), охваченных цепью отрицательной обратной связи (ЦООС), входного усилителя (ВУ), регулятора уровня выходного сигнала (РУ).
Качественные показателей выходного сигнала обеспечиваются с помощью глубокой отрицательной обратной связи в двух каскадах (УМ и ПУ).
Входной усилитель обеспечивает нужную величину входного сопротивления и коррекцию искажений частотной характеристики.
Разделительные конденсаторы Ср1, Ср2 служат для уменьшения дрейфа нулевого уровня выходного напряжения УМ. Их включение в схему УНЧ приводит к появлению искажений амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) в области нижних частот. Поэтому требуется расчёт их величины, исходя из допустимых искажений в области нижних частот.
Источник питания обеспечивает аппаратуру питающими напряжениями (токами) заданного номинала и качества. Источник питания состоит из четырех узлов: трансформатора, выпрямительного устройства, сглаживающего фильтра и стабилизатора постоянного напряжения.
Лист
ЮУрГ4-220201.20U.286 КП
Г
э
Изм. Лист № докцм. Подп. Дате
Рисунок 2.1. Функциональная схема УНЧ ВУ - входной усилитель; РУ - регулятор уровня;
ПУ - предварительный усилитель; УМ - усилитель мощности;
ЦООС - цепь отрицательной обратной связи;
ЮУрГУ-220201.20и.286 КП
Изм. Лист № докум. Подп. Дате
2. ВЫБОР И РАСЧЕТ ПРИНЦИПИАЛЬНЫХ СХЕМ УЗЛОВ
УСТРОЙСТВА
2Л.Расчёт входного усилителя
В качестве входного усилителя выберем схему неинвертирующего
усилителя на операционном усилителе (ОУ) рисунок 2.
С1 DA1.1
Рисунок 2. Принципиальная схема ВУ |
|
Найдём напряжение, подаваемое на вход ВУ: |
|
Етт • RBX |
( 1) |
UBXTTL = —----- -— |
|
Rr + RBX |
|
ОД • 105 |
|
ивхт = , _ —v = 0,05 (В) |
|
105 + 105 |
|
Коэффициент усиления по напряжению всего усилителя: |
|
f/нмакс |
(2) |
Ки |
|
UBXTTL |
|
30
Ки = —— = 600 0,05
Сопротивление R1 выберем равным требуемому по заданию RBX
усилителя: R1 = RBX = 105 Ом.
Лист
ЮУрГУ-220201.2014.286 КП
Изм. Лист № докум. Подп. Дате
Ёмкость разделительного конденсатора между источником сигнала и входом операционного усилителя найдём по формуле:
106
С1 = ( 3) 2 • п • /мин • (Яг + R1) • л/Мн2 —1
мм
где Мн = IO20 = IO20 = 1,413 - заданное значение частотных искажений в абсолютном выражении
10б |
0,008 (мкФ) |
С1 = |
|
2 • 3,14 • 100 • (105 + 105) • V1,4132 - |
1 |
Выберем значение С1=0,1 мкФ.
Примем коэффициент усиления входного усилителя равный 40:
|
|
R3 |
|
KLBmry |
= 1 + — = 40 |
(4) |
|
|
|
R2 |
|
Отсюда: |
|
|
|
|
R3 |
= 39 |
(5) |
|
R2 |
||
Выберем из ряда Е24 номиналы резисторов R2 и R3: Примем R2 = 10 кОм.Тогда из (5): R3 = 390 кОм. Выберем операционный усилитель.
Основным параметром для выбора ОУ является частота единичного усиления. Исходя из того, что верхняя граничная частота входного сигнала
/макс = |
2 • 104 Гц и спад логарифмической АЧХ операционных усилителей в |
|
области |
верхних частот составляет -20 дБ/дек, то для ВУ |
необходим |
операционный усилитель с частотой единичного усиления: |
|
|
|
feд — /макс ' ^ву |
(б ) |
|
/ед > 2 • 105 • 40 = 0,8 (МГц) |
|
Выбираем усилитель с подходящими параметрами AD746B - сдвоенный прецизионный операционный усилитель.
Основные параметры и АЧХ микросхемы AD746B приведены соответственно в таблице 1 и на рис. 3.
Лист
ЮУрГУ-22020120U .286 КП
8
Изм. Лист № докцм. Подп. Дате
Таблица 1 - Основные параметры микросхемы AD746B |
|
Напряжение питания |
±18 В |
Мощность рассеяния |
500 мВт |
Ток покоя |
7 мА |
Полоса усиления |
13 МГц |
Коэффициент нелинейных искажений |
0.0001 % |
Скорость нарастания выходного напряжения |
75 В/мкс |
Диапазон рабочих температур |
-40°С - +85°С |
Рисунок 3. Логарифмическая АЧХ микросхемы AD746B.
2.2.Расчёт регулятора уровня и разделительного конденсатора С2
Регулятор уровня (рисунок 4), необходим, чтобы обеспечить заданный в техническом задании диапазон регулирования выходной величины, равный - 40% от максимального значения.
ЮУрГУ-22020120%.286 КП
Изм. Лист № докцм. Подп. Дате
С2
Рисунок 4. Схема РУ
Сопротивления резисторов R4 и R5 находятся в следующей пропорции:
R4 |
40 |
(7) |
|
R4 + R6 |
100 |
||
|
|||
Отсюда: |
|
|
|
R4 = -3R S |
( 8) |
||
Примем RS = 10 кОм. Тогда из (8): R4 = 6,67 кОм. |
|
||
Выбираем номинал сопротивления из ряда Е24: R4 = |
6,8 кОм. |
||
Ёмкость разделительного конденсатора С2 и сопротивление резистора |
|||
R6 находится из соотношения: |
|
|
|
|
1 |
(9) |
|
/мин — R6 • С2 |
|||
Примем: С2 = 1 мкФ. Тогда из (9): |
|
||
R6 = |
1 |
( 10) |
|
С2 |
|||
/мин |
|
||
1 |
|
|
|
R6 = 1 0 0 •10-6 = 10 (кОм). |
|
||
Выбираем из ряда Е24 R6 = 10 кОм.
ЮЧрГУ-22020120Н.286 КП
Изм. Лист № докум. Подо. Дате