Выбор элементной базы и количества каскадов.

Методические указания по выполнению курсовой работы.

Расчет усилительных каскадов на операционных усилителях.

Использование операционных усилителей ОУ позволяет проектировать различные электронные схемы: усилители, генераторы, фильтры, сумматоры, интеграторы, компараторы и другие электронные устройства. В работе рассматриваются вопросы расчета усилительных устройств на микросхемах ОУ. В корпусе микросхемы может размещаться от 1 до 4 однотипных ОУ.

Параметры каскадов на ОУ зависят от назначения устройств в которых они используются. В морской технике применяются: предварительные, согласующие, широкополосные, избирательные, полосовые, мощности, низкочастотные, высокочастотные, измерительные, с малым потреблением, с малым уровнем собственных шумов и другие усилители. Разные по названию усилители могут иметь одинаковую структуру и параметры, а название показывает основное назначение усилителя. Например предварительный усиливает сигнал с удаленного датчика (генератора) до необходимого уровня для передачи по каналу связи (проводному, радио, гидроакустическому и др.), причем сигнал не должен изменяться по структуре при усилении и трансляции по каналу связи.

Содержание курсового проекта (работы).

Пояснительная записка к курсовой работе содержит следующие разделы:

1. Титульный лист.

2. Содержание.

3. Задание.

4. Введение.

5. Расчет усилителя.

6. Заключение.

7. Спецификация, перечень деталей.

8. Плакат со схемой усилителя.

Пояснительная записка оформляется на листах формата А4 на компьютере или в рукописном виде, с соблюдением правил оформления технической документации, схем и графиков. Раздел «Расчет усилителя» состоит из нескольких подразделов, рассмотрим их содержание на примере.

Выбор элементной базы и количества каскадов.

В таблице приведены основные параметры нескольких типов ОУ, необходимых для расчетов. В справочнике можно найти еще сотни отечественных и зарубежных типов ОУ.

Усилитель обычно состоит из нескольких каскадов, которые должны иметь разные параметры и соответственно разные типы ОУ.

В ОУ имеется два входа инвертирующий (обозначается кружочком или знаком (-)) и не инвертирующий. Существуют 3 основных схемы включения ОУ в усилительном каскаде (см. лекции). Мы будем использовать две: инвертирующее и не инвертирующее включение ОУ. В первой выходной сигнал сдвинут относительно входного сигнала на 180°(инвертирован), во втором сигналы совпадают по фазе. Правда это относится к низким частотам, на высоких появляются фазовые искажения за счет частотных свойств ОУ. Нужный коэффициент усиления каскада на ОУ задается введением отрицательной обратной связи (ООС) с помощью делителя с выхода на инвертирующий вход.

Максимальный коэффициент усиления каскада на верхней граничной частоте f_В К_f=f₁/f_В.

Коэффициент усиления усилителя К_У=U_H/U_Г. Этот коэффициент является произведением коэффициентов усиления каскадов, входящих в усилитель. При этом подразумевается что каскады согласованы по напряжению.

Точный расчет возможен при наличии всех данных, формулы для расчета становятся громоздкими и трудно вычисляемые. Кроме того элементы выпускаются с большими допусками, мы будем использовать элементы с допуском ±10 %, это приводит к необходимости производить настройку радиоаппаратуры. Номинальные значения резисторов и конденсаторов могут принимать следующие значения: 1,0; 1,1; 1,2; 1,3; 1,5; 1,8; 2,0; 2,2; 2,4; 2,7; 3,0; 3,3; 3,6; 3,9; 4,3; 4,7; 5,1; 5,6; 6,2; 6,8; 7,5; 8,2; 9,1. Эти значения умножаются на 10ⁿ. Рассчитанные значения округляются до номинальных. Поэтому нет необходимости производить расчеты с большой точностью, достаточно 2-3^х значащих цифр (напоминаю 0 слева не значащая цифра).

Выберем вариант для расчета

Выбор марки ОУ имеет много вариантов при различных исходных данных, выбираем один ОУ на все каскады усилителя – К544УД2.

Для этой микросхемы можно определить: максимальный коэффициент усиления на верхней граничной частоте:

K_f=f₁/f_В= 10⁴/40=250;

Находим коэффициент усиления проектируемого усилителя

К_У=U_H/U_Г= 3/0,8*10^-3=3750;

Определим количество каскадов - m в усилителе для получения заданного коэффициента усиления

К_{К СР}=(К_У)^1/m < K_f, знак < означает разницу в 3 -7 раз.

К_{К СР}=16 при m =3, К_{К СР}=61 при m=2.

Выбираем m=3 (перестрахуемся), от выбора зависят частотные искажения на верхних частотах вносимые ОУ, дальше мы будем их считать и например если выбрать m=2 и они окажутся большими придется пересчитывать для m=3.

Распределим усиление по каскадам К_У=К_К1*К_К2*К_К3=30*16*8=3840.

Расчет усилителя начнем с оконечного (3) каскада, чтобы учесть согласование между каскадами, генератором и нагрузкой.

Первый каскад выбираем по не инвертирующей схеме включения, для получения высокого входного сопротивления усилителя.

Второй каскад выбираем тоже по не инвертирующей схеме включения.

В третьем каскаде используем инвертирующую схему для уменьшения пульсаций, которые создаются на источнике питания при протекании токов сигнала.

Мощность на выходе Р_Н=U²/R_H=9/250=0,036 Вт.

Мощность маленькая, поэтому согласование усилителя и нагрузки возможно по напряжению.