Усилитель постоянного тока
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
?ка
ПУ - предварительный усилитель
ФНЧ - фильтр нижних частот
УТВ - усилитель с токовым выходом
Рассчитаем проводимость схемы
ус = Iвых / Uвх=20 мА / 20 мВ = 1 (А/В),
где Iвых - выходной сигнал усилителя
Uвх - входной сигнал усилителя
К=1 В/ 20 мВ = 50
Распределим коэффициент передачи усилителя между отдельными каскадами :
К= Кпу * Кфнч
Кпун - коэффициент усиления предварительного усилителя
Кфнч - коэффициент усиления фильтра низких частот
Примем
Кпун = 25
Кфнч = 2
3.2 Расчет предварительного усилителя
Схема предварительного усилителя представлена на рисунке 6
Рисунок 6 - Предварительный усилитель
Коэффициент усиления каскада рассчитывается как :
Кун=(R2 + R3)/R1
Примем R1=10 кОм, R2=250 кОм
Выберем подстроечный резистор R3 для коррекции коэффициента передачи
3=300 Ом
Кун=(250+0,3)/10=25,03 25
Резистор R4 необходим для выставления 0. Его сопротивление рассчитывается из соотношения :
4= R1(R2+R3) / R1 + R2 + R3
R4=10(250+0,3) / 10 + 250 + 0,3 =9,7 кОм
Параметры резисторов приведены в таблице 6 :
Таблица 6.
Обозна- чениеТип резистораСопротивление , кОмНоминальная мощность , ВтДопуск , %РасчётноеНоминальноеR1C2-1410110,1250,1R2C2-142502700,1250,1R3СПЗ-390,30,30,1250,1R4C2-149,7100,1250,1
Для усилителя напряжения выбираем микросхему К140УД17
Основные характеристики микросхемы приведены в таблице 7 :
Таблица 7.
ТипKIп , мАTКесм, мкВ / КUп , ВК140УД1715000051,315
3.3 Расчет фильтра низких частот
В качестве фильтра будем использовать активный фильтр 2 - го порядка на ОУ. Выбираем фильтр Баттерворта (схема Рауха)
Общий вид фильтра Баттерворта 2 - го порядка представлен на рисунке 7.
Рисунок 7 - Фильтр нижних частот 2 - го порядка
Конденсатор С1 выбирается из соотношения
С110/fс мкФ,
где fс - частота среза, заданная в техническом задании (300 Гц)
С1=10/300=0,03 мкФ
Значение ёмкости С2 должно удовлетворять условию
С2 (В2 * С1/ 4С(К+1))
В,С - безразмерные коэффициенты
В=1,4142
С=1
К- коэффициент усиления ФНЧ
С2 5 нФ
Выбираем значения резисторов
R2=72 кОм
Сопротивление R1 определяется из соотношения :
= R2 / K= 36 кОм
Сопротивление R3 определяется по формуле :
где , wc=2*Pi*fc*C
R3 = 26 кОм
Параметры конденсаторов приведены в таблице 8 :
Таблица 8
Обозначение конденсатораРасчетные параметрыТипНоминальные параметрыЕмкость, мкФЕмкость, мкФОтклонение, %Напряжение, ВС10,03К10-360,03550С20,005К10-360,005550
Параметры резисторов приведены в таблице 9 :
Обозна- чениеТип резистораСопротивление , кОмНоминальная мощность , ВтДопуск , %РасчётноеНоминальноеR1C2-1436360,1250,1R2C2-1472750,1250,1R3С2-1426270,1250,1
Для ФНЧ возьмём микросхему К140УД17
Характеристики микросхемы приведены в таблице 10 :
Таблица 10
ТипKIп , мАTКесм, мкВ / КUп , ВК140УД1715000051,315
3.4 Расчет усилителя с токовым выходом
Так как выходной сигнал задан виде тока, нам необходимо преобразовать входное напряжение , на выходе , в ток.
Функциональная схема усилителя с токовым выходом представлена на рисунке 8
Рисунок 8 - Усилитель с токовым выходом.
Для постоянства тока в нагрузке введём равенство :
1*(R4+R5)=R2*R3
Примем :
1=R3
R5+R4=R2
R1 = R3 = 50 кОм , тогда :
R2 = K*R1
R2 = 6*50 = 300 кОм.
R4 = Uвх*R2 / R1 * Iн
R4 = 1В * 300 кОм / 50 кОм * 20 мА
R4 = 300 Ом
R5 = R2 - R4
R5 = 300 кОм - 300 Ом
R5 = 299,7 кОм
Выберем резисторы R1, R2, R3, R4, R5 типа С2-14, с номинальной мощностью 0,125 Вт.
Параметры резисторов приведены в таблице 11 :
Обозна- чениеТип резистораСопротивление , кОмНоминальная мощность , ВтДопуск , %РасчётноеНоминальноеR1C2-1450510,1250,1R2C2-143003000,1250,1R3С2-1450510,1250,1R4C2-140,30,30,1250,1R5C2-14299,73000,1250,1
Проверим ток Iн :
н = (U1 - U2)*R2 / R1*R4н = 1 В * 300 кОм / 50 кОм * 0,3 кОм
Iн = 0,02 А
Для данного усилителя выберем микросхему К140УД17
Характеристики данной микросхемы были приведены выше.
4. Расчет погрешностей
Расчет погрешностей выполняется для того чтобы оценить правильности выбора схемы преобразователя и его корректировки , если это необходимо.
.1 Расчет температурной погрешности
Определение погрешностей делается на основании анализа функции преобразования, которая связывает входной и выходной сигналы усилителя.
вых = f(Uвх)
Iвых = Кпу* Кфнч* Gутв*Uвх +j(F)
Кпу - коэффициент усиления предварительного усилителя напряжения, Кфнч - коэффициент усиления фильтра низких частот, Gутв - проводимость усилителя с токовым выходом, j(F) - функция влияния фактора F, вызывающего погрешность. В случае определения температурной погрешности F - температура. При определении погрешности от нестабильности напряжения F - относительное изменение напряжения питания. Для того, чтобы записать коэффициент передачи усилителя в условиях действия влияющего фактора каждый из входящих в функцию преобразования коэффициентов записывается с учётом его зависимости от фактора.
dТ = ( Iвых(T) - Iвых. ном. ) / Iвых. ном.
Iвых(T) = Gус(Т)*Uвх + Dесм*Gус(Т)
?есм = ?есм1 + ?есм2,
Температурный дрейф ОУ равен:
?есм1 = Ткесм * ?Т,
?Т = Т2 - Т1 = 50 - (-30) = 80 град
?есм1 = 1,3 * 10-6 * 80 = 104 * 10-6 В
Температурная нестабильность источник?/p>