Усилитель систем автоматики (стр. 6 из 8)
Рассмотрим предназначение каждого элемента в стандартной схеме включения А2030Н:
R1 – обеспечивает отрицательную обратную связь;
R2 – определяет коэффициент усиления каскада по формуле:
R3 – определяет входное сопротивление каскада;
С1 – разделительная ёмкость на входе каскада;
С2 – разделительный конденсатор на инвертирующем входе;
С3, С4 – ёмкости, сглаживающие пульсации питания;
D1, D2 – диоды, защищающие от переполюсовки питания и выбросов выходного сигнала. Эти диоды можно заменить аналогами (КД243 или КД247 с любым буквенным индексом).
Регулировку усиления будем производить изменением сопротивления в цепи обратной связи (резистор R4 второго каскада).
2.2 Расчет элементов первого каскада:
Выберем его имея в виду, что: 
Выберем таким, чтобы выполнялось ранее написанное условие:
.Поскольку от источника сигнала мы получаем меньше половины напряжения сигнала, мы должны проверить, сможем ли мы получить надлежащее усиление на данных микросхемах на двух каскадах:
при заданном К и Квц усиление каскадов К1,К2=30. Такой коэффициент усиления могут выдать обе этих микросхемы в заданном диапазоне частот.
Из условия протекания малых токов смещения
Исходя из выражения, что коэффициент усиления каскада равен:
и коэффициент усиления для первого каскада возьмём равным 
Подставив полученное выражение в формулу для R3, получим:
Зная номинал R3, найдём:
Расчёт конденсатора С1 производится аналогично разделительной ёмкости в транзисторном варианте:
С2 – Рассчитаем из заданной нижней граничной частоты, причём взяв её с запасом в меньшую сторону (ёмкость конденсатора увеличиваем). Частоту можно выразить через постоянную времени RC – цепи.
Так как мы условились увеличить ёмкость, то возьмём её, чтобы не плодить новые номиналы ёмкостей, равной ёмкости
С1.
.Для балансировки нуля на микросхеме 140УД10 имеются два выхода. Сама цепь балансировки представляет из себя два резистора, подстроечный и постоянный (R4 и R5) следующих номиналов:
2.3 Расчет элементов второго каскада
Сопротивление
выберем также исходя из условия, что оно должно быть на порядок меньше RвхОУ.Из условия протекания малых токов смещения
Исходя из выражения, что коэффициент усиления каскада равен:
и коэффициент усиления для первого каскада возьмём равным
Подставив полученное выражение в формулу для R6, получим:
Зная номинал R6, найдём:
С5, С6 – номиналы рекомендованы в технической документации и равны 100 нФ у каждого конденсатора.
Расчёт конденсатора С5 производится аналогично разделительной ёмкости в транзисторном варианте:
С4 – рассчитаем аналогично ёмкости С2 из предыдущего каскада.
Из тех же соображений, что и в первом каскаде, возьмём номинал ёмкости равной:
2.4 Расчёт регулировки усиления:
Регулировку усиления, как и условились, будем вводить во второй каскад. Расчёт элементов регулировки такой же как и для транзисторного варианта:
Резистор R4, для обеспечения КMIN, должен быть равным:
- подстроечный резистор (СП3 – 28) включённый последовательно с R6’.Так как усилитель дифференциальный, и мы подбором элементов схемы старались уровнять токи смещения, то ёмкость на выходе, которая будет весьма габаритной, можно не ставить и это позволит значительно уменьшить размеры платы.
3. Конструкторская часть
В качестве материала, из которого изготавливается печатные платы транзисторного варианта и варианта на микросхемах, используем фольгированный стеклотекстолит СОНФ – 1 – 35 (ТУ 16 – 503.204 – 80).
Все используемые постоянные резисторы типа С2-33Н-0.125 за исключением R14 в транзисторном варианте и R4 в микросхемном варианте - С2-33Н-0.5.
Все используемые неполярные конденсаторы типа К10-17Б (типоразмер -0805).
Все электролитические конденсаторы типа К50-6 номинальным напряжением не менее, чем на 16В.
Печатную плату будем изготавливать методом химического травления. Шаг координатной сетки, при разработке печатной платы, выберем равным 1,25 мм. Методом травления можно получить минимальную ширину дорожек
мм. Но лучше использовать толщину дорожек 
мм.Транзисторный вариант:
Найдём размеры печатной платы XP*YP для размещения k=37 элементов заданной электрической схемы.
Каждый элемент с габаритными размерами XUi*YUiзанимает на плате площадь SUi= XUi*YUi
Площадь, занимаемая элементами на плате, составит:
Данные по установочным размерам элементов представлены в следующей таблице
| Поз. обозначение | Наименование | Установочные размеры по ГОСТ 29137-91, мм | ||||||
| Вариант установки | Z0 | Ni | YU | XU | ZU | SE,мм2 | ||
| C1,C10 | K10-17б | 180  | 1 | 2 | 5,5 | 8,5 | 6 | 93,5 |
| C2–С9 | K50-6 | 180 | 1 | 8 | 9 | 9 | 13 | 648 |
| R1-R13, R15,R17-R19 | С2-33Н-0,125 | 140  | 1 | 17 | 2 | 10 | 3 | 340 |
| R14 | С2-33Н-0,5 | 140  | 1 | 1 | 4 | 10 | 4 | 40 |
| R16 | СП3-28 | 390  | 1 | 1 | 8,8 | 8,8 | 5 | 78,5 |
| VT1 | КП313А | 180 | 1 | 1 | 3 | 7,5 | 5 | 50 |
| VT2–VT3 | КТ312А | 180 | 1 | 2 | 5,2 | 5,2 | 4 | 53,6 |
| VT4 | КТ603А | 180 | 1 | 1 | 10,4 | 10,4 | 8 | 107,5 |
| VT5-VT6 | КТ817А,КТ816А | 180 | 1 | 2 | 2,8 | 7,8 | 11 | 43,68 |
| VD1,VD2 | ГД511В | 140 | 1 | 2 | 3,5 | 9,5 | 4 | 66,5 |
| ZUmax=13мм | SE=1522мм2 | |||||||
С учётом зазоров между элементами, общую площадь для элементов электрической схемы можно представить как площадь функциональной поверхности SF:
SF=SE/CZ
де CZ-коэффициент заполнения или плотности упаковки элементов на плате. Выберем коэффициент заполнения равным CZ=0,25. Тогда:
SF=SE/CZ=1522/0,25=6088≈6000 мм2
Размеры краевых полей X1,X2,Y1,Y2 выбираются кратными шагу координатной сетки, поэтому выберем значение 2,5 мм. Ширину зоны присоединения ( размещения разъёма) Xпр возьмём тоже 2,5 мм. Окончательные размеры печатной платы определяются по формулам:
