Для улучшения ряда основных показателей и повышения стабильности работы усилителя охватим предварительный и оконечный каскады УМ общей последовательной отрицательной обратной связью (ООС) по напряжению. Она задаётся резисторами R1 и R2 (см. схему на рис. 6).
Исходя из технической документации на интегральный операционный усилитель К140УД6 его коэффициент усиления по напряжению Kuоу1 равен 3*104. Общий коэффицент усиления обоих ОУ равен:
Kuоу = Kuоу1 * Kuоу2 = 9*108
Коэффициент усиления по напряжению каскадов, охваченных обратной связью Ku ос равен:
U вых ос Кu (Kuоу1 * Kuоу2 * Kuок) 1
Ku ос = ¾¾¾ = ¾¾¾¾ = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ » ¾
Eг 1 + cKu 1 + c(Kuоу1 * Kuоу2 * Kuок) c
рис. 3.5
Изобразим упрощённую схему нашего усилителя, заменив оконечный каскад его входным сопротивлением (см. рис. 3.5) (ООС на схеме не показана, но подразумевеется). Здесь Rнэкв º Rвхок = 8 кОм; U вых ос = U вхок = 8 В, Ег = 15 В (из задания).
U вых ос 8000 мВ
Ku ос = ¾¾¾ = ¾¾¾¾ = 5333
Eг 1.5 мВ
¾ = Ku ос = 5333
c
Найдём параметры сопротивлений R1 и R2 , задающих обратную связь. Зависимость коэффициента обратной связи c от сопротивлений R1 и R2 может быть представлена следующим образом:
R1
c = ¾¾¾
R1 + R2
Зададим R1 = 0.1 кОм. Тогда:
1 R1 1
¾¾ = ¾¾¾ = ¾¾¾ Þ 5333 = 1 + 10R2 Þ R2 = 540 кОм
Ku ос R1 + R2 5333
Оценка влияния параметров усилителя на завал АЧХ в области верхних и нижних частот
Усилитель мощности должен работать в определённой полосе частот (от ¦н до ¦в ). Такое задание частотных характеристик УМ означает, что на граничных частотах ¦н и ¦в усиление снижается на 3 дБ по сравнению со средними частотами, т.е. коэффициенты частотных искажений Мн и Мв соответственно на частотах ¦н и ¦в равены:
__
Мн = Мв = Ö 2 (3 дБ)
В области низких частот (НЧ) искажения зависят от постоянной времени tнс цепи переразряда разделительной ёмкости Ср:
_________________
Мнс = Ö 1 + (1 / (2p¦нtнс ))2
Постоянная времени tнс зависит от ёмкости конденсатора Ср и сопротивления цепи переразряда Rраз :
tнс = Ср* Rраз
При наличии нескольких разделительных ёмкостей (в нашем случае 2) Мн равно произведению Мнс каждой ёмкости:
Мн = Мнс1 * Мнс2
Спад АЧХ усилителя мощности в области высоких частот (ВЧ) обусловлен частотными искажениями каскадов на ОУ и оконечного каскада, а так же ёмкомтью нагрузки, если она имеется. Коэффициент частотных искажений на частоте ¦в равен произведению частотных искажений каждого каскада усилителя:
Мв ум = Мв1 * Мв2 * Мвок * Мвн
Здесь Мв1 , Мв2 , Мвок , Мвн - коэффициенты частотных искажений соответственно каскадов на ОУ, оконечного каскада и ёмкости нагрузки Сн. Если Ku оу выбран на порядок больше требуемого усиления каскада на ОУ, то каскад ОУ частотных искажений не вносит (Мв1 = Мв2 = 1).
Коэффициент искажений оконечного каскада задаётся формулой:
_________
Мвок = 1 + (Ö 1+ (¦в /¦b) - 1)(1 - Kuoк)
Здесь ¦b - верхняя частота выходных транзисторов. Коэффициент частотных искажений нагрузки Мвн, определяемый влиянием ёмкости нагрузки Сн в области высоких частот зависит от постоянной времени tвн нагрузочной ёмкости:
__________________
Мвн = Ö 1 + (1 / (2p¦вtвн ))2
tвн = Сн* (Rвыхум | | Rн)
При неправильном введении отрицательной обратной связи в области граничных верхних и нижних частот может возникнуть ПОС (положительная обратная связь) и тогда устройство из усилителя превратится в генератор. Это происходит за счёт дополнительных фазовых сдвигов, вносимых как самим усилителем, так и цепью обратной связи. Эти сдвиги тем больше, чем большее число каскадов охвачено общей обратной связью. Поэтому не рекомендуется охватывать общей ООС больше, чем три каскада.
Заключение
В данном курсовом проекте мы расчитали основные параметры и элементы усилителя мощности, а так же оценили влияние параметров усилителя на завалы АЧХ в области верхних и нижних частот.
Спецификация элементов
| № п/п | Обозначение | Тип | Кол - во |
| R1 | Резистор МЛТ-0.5 - 0.1 кОм ± 10 % | ||
| R2 | Резистор МЛТ-0.5 - 540 кОм ± 10 % | ||
| R д | Резистор МЛТ-0.5 - 5 Ом ± 10 % | ||
| VD1-VD2 | Диод полупроводниковый КД223 | ||
| VT1 | Транзистор КТ817 | ||
| VT2 | Транзистор КТ816 | ||
| VT3 | Транзистор КТ315 | ||
| VT4 | Транзистор КТ361 | ||
| DA1-DA2 | Операционный усилитель К140УД6 |
Библиографический список
1. Д. В. Игумнов, Г.П. Костюнина - “Полупроводниковые устройства
непрерывного действия “ - М: “Радио и связь”, 1990 г.
2. В. П. Бабенко, Г.И. Изъюрова - “Основы радиоэлектроники”. Пособие по
курсовому проектированию - М: МИРЭА, 1985 г.
3. Н.Н. Горюнов - “ Полупроводниковые приборы: транзисторы”
Справочник - М: “Энергоатомиздат”, 1985 г.