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>