Усилитель вертикального отклонения осциллографа

Уральский государственный технический ниверситет

Кафедра ФМПК

РАСЧЁТ ЭЛЕКТРОННОГО СИЛИТЕЛЯ

Пояснительная записка

19.02 52 012 ПЗ

Студент: Лебедев В.В.

Руководитель: Стрекаловская З.Г.

Н. Контролёр Замараева И.В.

Группа: ФТ-429

Екатеринбург

1998 г.

Содержание

Стр.

1.     3

2.     3

3.     4

4.     5

5.     6

6.     7

7.     9

8.     11

9.     15

10. 16

11. 17

12. 18

Введение.

Согласно техническому заданию, требуется спроектировать и рассчитать широкополосный электронный силитель, работающий на симметричную нагрузку, обеспечивающий на выходе силенный входной сигнал с допустимыми искажениями

Техническое задание.

Входной сигнал:

Экспоненциальный импульс отрицательной полярности.

U_вх=(10¸500)мВ

t_и=5мкс

Выходной сигнал:

U_вых=25В

Нагрузка:

R_н=250кОм

Входное сопротивление:

R_н>100кОм

Элементная база:

Использовать ИМС.

Диапазон температур:

T=(20
20)⁰C

Справочные данные на элементы.

Микросхемы

Микросхем 14УDА

U_Uпит=
1В

К_уU=1500¸125

R_вх=100кОм

R_вых<1кОм

f₁=15мГц

U_вых<
В

Микросхем 14УD10

U_Uпит=
(5¸16)В

К_уU=50

R_вх=1мОм

R_вых<1кОм

f₁=15мГц

Транзистор ТА

U_Эмах=90В

a<=0.976

b<=40

f_в=15мГц

U_вых<
1В

I_Кб0<10мкА

I_Кмах=100мА

P_Кмах=Вт (с теплоотводом)

С_к=45п

Тип p-n-p

Структурная схема силителя

Исходя из технического задания, была выбрана структурная схема силителя рис.1

Структурная схема силителя

U_вх а Входной Предусилитель

Делитель

а

Фазоинвертор Оконечный

каскад

Рис.1

Входной делитель даёт возможность делить входной сигнал в соотношениях 1:1, 1:10, 1:50.

Предусилитель обеспечивает большой коэффициент силения при минимальных искажениях.

Фазоинвертор обеспечивает на выходе одинаковые по модулю и разные по фазе напряжения.

Оконечный каскад обеспечивает силение мощности сигнала для эффективного правления нагрузкой. Так как он вносит в сигнал максимальные искажения, то его коэффициент силения этого каскада выбирают небольшим.

Входной делитель

С₁

R₁

C₂ R₂ C₃ R₃

Рис №2

Зададимся

R₁=100кОм

С₁=220п

K₁= 0.1 ( коэффициент деления 1:10)

K₂=0.02 ( коэффициент деления 1:50)

C₁R₁= C₂R₂= C₃R₃

R₂=R₁*K₁/(1-K₁)

R₃=R₁*K₂/(1-K₂)

R₂=11кОм

R₃=2кОм

Рассчитаем С_I

Пусть С₁=220па

Тогд С₂=С₁*R₁/R₂=2н

С₃=С₁*R₁/R₃=10.8 н

Номинальные значения:

R₂=11кОм С₂=2 н

R₃=2кОм С₃=11 н

Предварительный силитель

C₁ DA1 C₂ DA2 C₃ DA3

<+ <+ <+

<- <- <-

R₂ R₄ а R₆ R₇

а R₁ R₃ R₄

Рис. 3

Первый и второйа каскад (DA1,DA2) предусилителя идентичны и построены на ОУ 14УДА

Расчёт ведем для одного каскада.

Коэффициент силения ОУ определяется по формуле:

Возьмём коэффициента силения DA1 и DA2 K₀₁^*=16

Возьмем R₁=10 кОм

Тогда: R₂=R₁(K₀-1)= 150кОм

Верхняя граничная частот при K₀=16, f_В=Гц (справ. данные)

Нижняя граничная частот при C₁=1мк

Возьмём С₄=С₅=1 мк R₇=100кОм R₆=33кОм

Третий каскад (DA3) предусилителя построен на ОУ 14УД10

В последним третьем каскаде введена регулировка коэффициента силения всего силителя. Зададимся словием чтобы его минимальный коэффициент силения был равен: К_н0=3 он зависит от величен сопротивлений R₅а и R₆

При R₅=10кОм и R₆=20кОм коэффициент силения составит K_0min=3

Пусть максимальный коэффициент силения составит K_0мах=4

Следовательно R₇=R₅(K_0min-1)-R₆=10кОм

Верхняя граничная частот при K₀=4, f_В=Гц (справ. данные)

Нижняя граничная частот при C₃=1мк

Параметры всего ПУ

Коэффициент силения всего ПУ: K₀=K₀₁K₀₂K₀₃

K_0max=K₀₁K₀₂K₀₃=1024

K_0min=K₀₁K₀₂K₀₃=768

Верхняя граничная частота:

F_ВПУ=2.9 Гц

Нижняя граничная частота

н= f₁+f₂+f₃=Гц

Расчёт фазоинвертора:

С₂ DA1

<+

<-

R₂

C₁ R₁ DA2

<-

<+

Рис. 4

Фазоинвертор построен на 2x- ОУ 14УД10

DA1- включен как повторитель

DA2 - включен как инвертор

Коэффициент силения повторителя К₀₁=1

Коэффициент силения инвертора К₀₂1 когда R₂<<R₁

Пусть R₁=10кОм и R₂=1кОм Þ K₀₂1

Для обеспечения симметричного выхода сделаем R₂ - переменным сопротивлением

Верхняя граничная частот для 14УD10 - равна 1Гц

Нижняя граничная частот равна:

Необходимо чтобы F_Н1=F_Н2 (нижние граничные частоты обоих плеч были одинаковые )

Вожмём С₁=1мк тогда:

Т.К. R_Хповт=R_Вхоу=1 Ом=100R₁,

то чтобы F_Н1= F_Н2 аследует взять С₂=0,01C₁=0.01 мк

Расчёт оконечного каскада

R₁ R_{к а}

C_c2 C_c4

C_c1 C_c3

VT₁ VT₂

R₂ R_{э а}

C_Э R_эоб

Рис. 5

Принципиальная схема оконечного каскада изображена на рис.3

Поскольку у нас симметричная нагрузка то будем вести расчёт на одно плечо.

Уравнение линией нагрузки будет выглядеть следующим образом:

I_Кмах=40мА

Динамическая линия нагрузки транзистор

I мА

40

Р.Т.

20

0 100 350 700 U_кэВ

Рис. 4

Возьмем R_Э=4кОм и R_К=13.5кОМ

Рабочая точка:а I_К0=20мА U_КЭ0=35В

а

Найдем рассеиваемую мощность

P_Rк=5.Вт и

Rэ=I²_Э0*R_Э=1.Вт

Произведём расчёт базового делителя:

Пусть I_дел=5мА

U_Э0= I_Э0*R_Э=20мА*4кОм=8Ва <- напряжение на эмиттере

U_Б0= U_Э0*U_БЭ=82.В - напряжение на базе

R₂= U_Б0/I_дел=1640016 кОм

R₁=112272 Ом110 кОм

R_Б14кОм

Найдём коэффициент термонестабильности N_S=1+R_Б/R_Э=4,6

Определим крутизну

S=I_К0/м*j_т=256мА/В

Рассчитаем g_экв

g_К=1/R_К=1/13.5=7.4*10^-5 Cм

g_н=1/R_н=4*10^-6 Cм

g_i=h₂₂=(1+b)I_Кбо/U_Кэо=1.177*10^-6 Cм

g_экв=g_i+g_н+g_к=7.93*10^-5 Cм

Рассчитаем коэффициент силения

K_O=S/g_экв=3228

Введём О.О.С. разделив сопротивление R_Э

Пусть K₀^*=30 тогда K₀^*= K₀/1+g*K₀

Э/R_К=0.033 R_Э - сопротивление О.О.С.

_Э=g* R_К=44Ом а Þ R_Э1=R_Э-R_Э4кОм-43Ом3,6кОм

F=1+g*K₀=107.5 Ц глубина обратной связи

Входная проводимость:

G₁₁= I_К0/м*т*b<=6.4*10^-3

j_т Ц тепловой потенциал

r_вх =1/g₁₁=156 Ом

r_э=j_т/I_Эо=1.2Ом

сопротивление базы транзистора

r_Б=r_вх-Э=10Ом

Расчёт по переменному току:

Найдём нижнюю частоту

Расчёт граничных частот

Рассчитаем верхнюю частоту всего силителя по формуле:

Обеспечим при этом длительность фронта равной:

t_Ф=0.35/f_В=0.34 мкс

что для t_И=5мкс составляет менее 7%

Рассчитаем нижнюю частоту всего силителя по формуле

f_н= f_нпр+f_нфаз+f_нокон=5+16+260=28Гц

Для предварительного силителя

t_нпр=С₄*R_вх=0.1с

f_нпр= 1/(2p*t_нпр)=1.6 Гц

Для фазоинвертора

t_нфи=С₇*R₁₀=0.01с

f_нфи= 1/(2p*t_нфи)=16 Гц

Для предоконечного каскада

t_нпре=С₈*R_вх=1с

f_нпре= 1/(2p*t_нпре)=0.2 Гц

Для оконечного каскада

f_нокон=260 Гц

R_Эоб=0.5R_Э1=178Ом

Расчет транзисторов на мощность

Обозначение	Рассеиваемая мощность	Примечания
R1	0.0625 мкВт
R2	0.625 мкВт
R3	2,5 мкВт
R4	17мкВт
R5	5мкВт
R6	0.272мВт
R7	80мкВт
R8	0.435мВт
R9	1.7мВт
R10	10мВт
R11	0,1Вт
R12	0.1Вт
R13,R20	0.9Вт
R14,R21	0.Вт
R15,R19	5.Вт	Необходим радиатор
R16,R18	1.Вт
R17	Вт

Заключение

В ходе данной работы был спроектирован электронный силитель, позволяющий силивать переменное напряжение. Параметры данного силителя соответствуют техническим требованиям.

Библиографический список.

1. Полупроводниковые приборы. Транзисторы средней и большой мощности. Справочник. Под.ред. А.В.Голомедова. Москва,; Радио и связь, 1994

2. Интергральные микросхемы. Операционные силители. Справочник. Москва,; ВО Наука,1993.