Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Рассчитаем величины резисторов базового делителя: - для обеспечения падения напряжения на резисторах R12,R13 равного 2U_бэ0=0,29 В, ток через них должен быть I_д=(5-10)I_б0.

Примем I_д=0,15*10^-3 А.

Отсюда:

R12=R13=2U_бэ0/I_д=0,29/0,15*10^-3=2 кОм. (3.1.5)

R14=R15=(E_п-2U_бэ0)/I_д=8,71/0,15*10^-3=58 кОм. (3.1.6)

R_дел=(R12||R14)/2=970 Ом. (3.1.7)

Входная проводимость транзистора:

g₁₁=Im_б/Um_бэ=50*10^-6/0,04= 1,25*10^-3 См. (3.1.8)

Тогда входное сопротивление каскада с учетом ОСС:

R_вх=FR_дел/(F+g₁₁R_дел)=(100*970)/(100+1,25*10^-3*970)=960 Ом. (3.1.9)

Коэффициент усиления по напряжению:

К₀=(g₂₁R_н)/(1+g₂₁R_н)=(0,33*300)/(1+0,33*300)=0,99 (3.1.10)

Тогда амплитуда напряжения входного сигнала:

Um_вхUm_н=3,5 В. (3.1.11)

Амплитуда входного тока:

Im_вх=Um_вх/R_вх=3,5/960=3,6*10^-3 А. (3.1.12)

Задаваясь f_н=20 Гц; М_н=0,707 определим емкость разделительного конденсатора:

C10=(2*f_н*R_н)^-1=(2*3,14*20*300)^-1=26,5 мкФ. (3.1.13)

По входной и выходным характеристикам строим сквозную динамическую характеристику транзистора для определения коэффициента нелинейных искажений.

Таблица 3.1.1

По данным таблицы 3.1.1 строим сквозную динамическую характеристику транзистора (рис. 3.1.3).

Рис. 3.1.3

Методом семи ординат (который для двухтактного каскада выражается в метод четырех ординат) находим амплитуды гармоник тока:

Im₁=(J₄+J₃/b )/2 Im₂=(J_B+J_A)/4 (3.1.14)

Im₃=(J_N+J_M)/4 Im₄=(J₁-J₃+J₄/2)/4

Im₅=(J_N-J_M)/4 Im₆=(J_B-J_A)/4

где I_A=(J₁-2J₂+J₃+J₄/2)/2b I_B=J₄/2-J₁

I_M=[a(J₄+J₃/b)-2J₂]/c I_N=J₄-J₃/b

a=0,383 b=0,707 c=0,923

 - коэффициент асимметрии плеч, (транзисторы подбираются близкими по крутизне сквозной передачи, таким образом, чтобы =0,1)

Подставляя в формулы (3.14) найденные значения

I₁= 1 мА I_A= 6,2 мА

I₂= 6 мА I_B= 6,25 мА

I₃=12,5 мА I_M= - 0,35 мА

I₄=14,5 мА I_N= - 3,2 мА

получаем следующие амплитуды гармоник тока (в мА):

Im₁= 16,1 Im₂ = 0,3 (3.1.15)

Im₅ = - 0,7 Im₄= -0,1

Im₃ = - 0,9 Im₆ = 0,001

Находим коэффициент гармоник:

К_г=[(Im₂ )²+(Im₃ )²+(Im₄ )²+(Im₅ )²+(Im₆ )² ]/Im₁=0,06=6% (3.1.16)

3.2. Расчет активного RC-фильтра низких частот

Для наиболее качественного приема сигналов в диапазоне низких частот применим в данном усилителе звено с активным RC-фильтром низких частот.

Исходными данными при расчете ARC-фильтра являются:

f₁ - граничная частота полосы пропускания;

а₁ - максимально допустимое затухание в полосе пропускания;

f_зн - граничная частота полосы заграждения;

а_з - минимально допустимое затухание в полосе заграждения.

Для того, чтобы АЧХ фильтра в полосе пропускания была максимально плоской применим к данному фильтру аппроксимацию по Баттерворту.

Зададим исходные данные для рассчитываемого фильтра:

f₁ = 2,5 кГц, а₁= - 3 дБ (3.2.1)

f_з = 5,0 кГц, а_з = -15 дБ

По исходным данным отнормируем частоту:

₁=f_в/f_в=2500/2500=1 _з=f_з/f_в=5000/2500=2 (3.2.2)

Для определения порядка фильтра воспользуемся монограммой из справочной литературы. Производя требуемые расчеты получаем, что данный фильтр должен быть второго порядка. Из справочника определяем, что для фильтра второго порядка имеются два полюса:

p₁= -0,707-j0,707 и p₂= -0,707+j0,707 (3.2.3)

Сомножители полинома Баттерворта имеют вид:

p²+1,41p+1 (3.2.4)

Собственная частота звена второго порядка:

₀=(²+²)= (0,707²+0,707²)=1 (3.2.5)

Коэффициент затухания:

d=2/₀=2*0,707=1,41 (3.2.6)

Для повышения крутизны АЧХ вблизи частоты среза, отсчитываемого на уровне -3 дБ, используется слабая положительная обратная связь, стабилизированная с помощью отрицательной ОС, цепь которой представлена делителем напряжения R10R11 с коэффициентом передачи напряжения:

B=R10/(R10+R11) (3.2.7)

С целью получения максимально плоской АЧХ параметр

К_F 1/В=1+R11/R10 (3.2.8)

выбирают равным 1,2.

Сама АЧХ описывается выражением:

К_ф()=К_ф₀²/[₀⁴+₀²²(d-2)+⁴] (3.2.9)

где К_F=К_ф,

₀=_с=2f₁=1/(C6R8C7R9) (3.2.10)

Располагая двумя уравнениями относительно элементов фильтра при шести неизвестных, следует придать численные значения четырем из них. Известными параметрами в данном случае являются:

частота среза - _с=2f_с=2*2500=15700 рад/с (3.2.11)

коэффициент усиления К_F=1,2

Пусть R9=10R8, тогда уравнение относительно C4 имеет вид:

121C7²+24,4C6C7+0,04C6²=0 (3.2.12)

Решая данное уравнение получаем, что C6=5C7 и тогда

2(C6R8)2=1/(4²f_с²) (3.2.13)

Отсюда получаем:

R8= 1 кОм

R9= 10 кОм

R10= 1 кОм

R11= 200 Ом

C6= 5,6 мкФ

C7= 1,1 мкФ

Для реализации данного фильтра можно применить операционный усилитель 140УД14А.

Амплитудно-частотная характеристика рассчитанная по формуле (3.2.9) представлена на рисунке 3.2.1.

Рис. 3.2.1

3.3Расчет каскадов предварительного усиления

Рассмотрим вопросы расчета величин навесных элементов усилителя на ОУ, включающей расчет цепей обратной связи, коррекции, балансировки, защиты от перегрузки и т.д., а именно рассчитаем величины резисторов R1 - R6.

Исходными данными являются:

К_u=50 - коэффициент усиления:

R_н=10 кОм - сопротивление нагрузки

f_в=5 кГц - верхняя граничная частота

R_г=0 - внутреннее сопротивление источника сигнала

Uвых_max=4,5 В - максимальная амплитуда выходного напряжения

Выбираем тип ОУ, который с точки зрения частотных свойств должен иметь:

1)f₁>K_u*f_в=250кГц, (3.3.1)

где f₁ - частота единичного усиления;

2)Vu_вых>2Uвых_maxf_в=6,28*4,5*5000=0,15В/мкс (3.3.2)

Таким требованиям удовлетворяет ОУ типа К157УД2.

Величина сопротивления резистора R1=R4 должны удовлетворять следующим условиям:

R1<0,1*Uвых_max/(K₀I_вх.ср.)=0,1*4,5/(50*500*10^-9)= 18000 Ом. (3.3.3.)

Приняв величину паразитной емкости C_п=5 пФ получаем еще одно условие для R1:

R1<1/(2f_вC_п)=1/(6,28*5000*5*10^-12)=6,3 Мом. (3.3.4)

Первое условие является более жестким. Исходя из него получаем:

R2=R1*K_u=18000*50=900 кОм. (3.3.5)

Это значение является приемлемым, так как сопротивление резистора R2(R4) не должно превышать нескольких мегаом, для снижения влияния паразитных токов утечки на стабильность режима ОУ.

Сопротивление резистора R3=R6 находим из следующей формулы:

R3=R6=R1||R2R1=18 кОм. (3.3.6)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Спроектированный и рассчитанный выше усилитель удовлетворяет всем требованиям технического задания.

Усилитель имеет коэффициент усиления около 70 дБ.

Коэффициент нелинейных искажений порядка 7 %.

Необходимо помнить, что микрофонный усилитель усиливает звуки, приходящие со всех сторон, и если соотношение сигнал/шум будет недостаточным, то нужно применять пространственные направляющие системы. При прослушивании человеческой речи за стенами, панелями, перегородками достаточно поместить микрофон в основание параболического рефлектора.

Дистанционное звуковое прослушивание необходимо вести с помощью дистанционных направленных микрофонов, имеющих узкую диаграмму направленности.

Перечень элементов используемых в УНЧ

ИМС

DD 1 К157УД2

DD 2 140УД14

Транзисторы

VT1 МП38А

VT2 МП16Б

Резисторы

R1 МЛТ- 0,125 18 кОм

R2 МЛТ- 0,125 910 кОм

R3 СП3-41 18 кОм

R4 МЛТ- 0,125 18 кОм

R5 МЛТ- 0,125 910 кОм

R6 МЛТ- 0,125 18 кОм

R7 МЛТ- 0,125 200 Ом

R8 МЛТ- 0,125 1 кОм

R9 МЛТ- 0,125 10 кОм

R10 МЛТ- 0,125 1 кОм

R11 МЛТ- 0,125 200 Ом

R12 МЛТ- 0,125 2 кОм

R13 МЛТ- 0,125 2 кОм

R14 МЛТ- 0,125 56 кОм

R15 МЛТ- 0,125 56 кОм

Конденсаторы

C1 К50 -35 33 мкФ  10 В

C2 МБМ 30 пФ

C3 К50-35 33 мкФ  10 В

C4 МБМ 30 пФ

C5 К50-35 33 мкФ  10 В

C6 МБМ 4,7 мкФ

C7 МБМ 1 мкФ

C8 МБМ 30 пФ

C9 К50-35 33 мкФ  10 В

C10 К50-35 22 мкФ  10 В

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. АЛЕКСЕЕВ А.Г., ВОЙШВИЛЛО Г.В. Операционные усилители и их применение. - Москва, Радио и связь, 1989 г.

1. БОЛТАЕВ А.В., ГАДЗИКОВСКИЙ В.И. и др. Усилительные устройства на интегральных микросхемах. - Свердловск, издание УПИ, 1981 г.

1. ГОЛОВИН О.В., КУБИЦКИЙ А.А. Электронные усилители. Москва, Радио и связь, 1983 г.

1. НОГИН В.Н. Аналоговые электронные устройства. - Москва, Радио и связь, 1992 г.

1. ОСТАПЕНКО Г. С. Усилительные устройства. - Москва, Радио и связь, 1989 г.

1. Проектирование усилительных устройств. Под редакцией ТЕРПУГОВА Н.В. - Москва, Высшая школа, 1982 г.

1. ЦЫКИНА А.В. Проектирование транзисторных усилителей низкой частоты. - Москва, Связь, 1968 г.

1. Транзисторы для аппаратуры широкого применения. Справочник. Под редакцией ПЕРЕЛЬМАНА Б.Л. - Москва, Радио и связь, 1981 г.

1. ТЕРЕЩУК Р.М., ТЕРЕЩУК К.М. и др. Малогабаритная радиоаппаратура. Справочник радиолюбителя. - Киев, Наукова думка, 1971 г.

Характеристики

Список файлов реферата