Проектирование и расчет усилителя электронного модуля (стр. 2 из 2)
, (3.15)где
– нижняя граничная частота; 
Номинальное значение емкости разделительного конденсатора С4 выбрано равным 820 мкФ, в соответствии с ГОСТ 10318-80.
Значения сопротивлений резисторов R7 и R8 выбраны равными 100 Ом и будут уточняться при моделировании схемы на ЭВМ.
Частотные искажения каскада в области низких и высоких частот рассчитываются по формулам (3.16) и (3.17) соответственно:
(3.16) 
, (3.17)где
– верхняя граничная частота. 
Входной ток двухтактного бестрансформаторного каскада рассчитывается по формуле (3.18):
, (3.18)где
- максимальное значение тока предоконечных транзисторов. 
Ток делителя R4-R5-R6 определяется из соотношения (3.19):
(3.19) 
Значение сопротивления резистора R5 определяется по формуле (1.3.20):
, (3.20)где IД – ток делителя R4-R5-R6;
UБЭ1, UБЭ2, UБЭ3, - напряжения смещения на эмиттерных переходах соответствующих транзисторов, определяемые по входным характеристикам.
Для обеспечения минимальных нелинейных искажений напряжения смещения на коллекторных переходах VT1 и VT2 должны быть равны, так как параметры h21Э и IКБ0 этих транзисторов одинаковы. То есть
(3.21) 
(3.22) 
(3.23)Таким образом, напряжение смещения на коллекторном переходе любого из транзисторов VT1 или VT2 определяется по формуле (3.24):
, (3.24)где
- падение напряжения на резисторе R5.
.Сопротивления R4 и R6 рассчитываются по формулам (3.25) и (3.26) соответственно:
(3.25) 
(3.26) 
По расчетным значения сопротивлений R4 и R6 выбираем ближайшие номинальные значения по ГОСТ 10318-80 равные 4,3 кОм и 5,1 кОм соответственно.
Емкость конденсатора С3 находится по формуле (3.27):
,(3.27)где
- нижняя граничная частота УНЧ. 
Ближайшее номинальное значение емкости С3 по ГОСТ 10318-80 равно 3,9 мкФ. Входное сопротивление двухтактного выходного каскада определяется по формуле (3.28):
(3.28) 
Значение сопротивления резистора R3 рассчитывается [1] по формуле (3.29):
(3.29)где
- входное сопротивление двухтактного оконечного каскада; 
- оптимальное значение сопротивления нагрузки ОУ 
Такое значение сопротивления R3 обусловлено необходимостью обеспечения требуемого входного сопротивления выходного двухтактного каскада, чтобы R3||Rвх = Rн.min .
Значение емкости конденсатора С2 определяется [1] по формуле (3.30):
, (3.30)где
|| ; 
– нижняя граничная частота; 
- коэффициент частотных искажений (задаемся 
дБ); - оптимальное значение сопротивления нагрузки ОУ.
Ближайшее номинальное значение емкости С2 по ГОСТ 10318-80 равно 1,8 мкФ.
Коэффициент передачи RC-цепи связи вычисляется [1] по формуле (3.31):
(3.31)Коэффициент передачи RC-цепи связи на нижней граничной частоте вычисляется по формуле (3.32):
(3.32) 
Таким образом, напряжение на входе RC-цепи связи будет определяться выражением (3.33):
(3.33) 
В качестве инвертирующего усилителя выбираем микросхему операционного усилителя КР 1001 УД 1.
Для обеспечения согласования инвертирующего усилителя на ОУ и источника сигнала необходимо, чтобы сопротивление входа усилителя и источника сигнала были равны. Так как
, [2] то справедливо 
Ом.Так как
, то напряжение на входе усилителя определяется по формуле (3.34): 
(3.34) 
Требуемый коэффициент усиления инвертирующего усилителя на ОУ рассчитывается [2] по формуле (1.3.35):
(3.35) 
Значение сопротивления резистора R2 рассчитывается [2] по формуле (3.36):
(3.36) 
Ближайшее номинальное значение сопротивления по ГОСТ 10318-80 равно 180 кОм.
Значение емкости конденсатора С1 принято равным 1 мкФ и будет уточняться при моделировании схемы на ЭВМ.
Номинальное напряжение всех конденсаторов схемы определяется из условия, что
. То есть все конденсаторы берутся с номинальным напряжением не менее 70 В.4. Анализ спроектированного устройства на ЭВМ
Анализ работы схемы производился при помощи программы Electronics Workbench Version 5.12. Модель проектируемого усилителя показана на рисунке 4.1. В ходе моделирования было видно, что амплитуда сигнала на выходе на граничных частотах отличается от расчетной величины, что связано с различным коэффициентом передачи на этих частотах ). При работе УНЧ на частотах, близких к граничным, появляются нелинейные искажения: на нижней граничной частоте – искажения в виде "ступенек", на верхней – срез вершины синусоиды сигнала.
При изменении номиналов элементов, принятых в расчете, явных улучшений выходного сигнала не наблюдалось, поэтому изменения в схеме не производились.
Рисунок 4.1 – Модель проектируемого усилителя.
Заключение
Как показали расчеты и анализ работы смоделированной схемы на ЭВМ, спроектированный усилитель низкой частоты удовлетворяет требованиям технического задания. Такие параметры усилителя, как коэффициент нелинейных искажений, коэффициент полезного действия, напряжение шумов, а также некоторые другие параметры и характеристики в данном курсовом проекте не рассчитывались ввиду отсутствия соответствующих требований в техническом задании.
Во время работы над данным курсовым проектом были углублены знания по аналоговой электронике, в частности по усилителям низкой частоты. Были приобретены навыки работы с программой Workbench, моделирующей работу электрических цепей.
Перечень источников
1. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника. – М.: "Высшая школа", 2001. – 617с.
2. Кофлин Р., Дрискол Ф. Операционные усилители. – М.: "Мир", 2009. – 356с.
3. Электронные схемы на операционных усилителях: Справочник / Щербаков В.И., Грездов Г.И. – Киев.: "Технiка", 2003. – 206с.
4. Нестеренко Б.К. Интегральные операционные усилители: Справочное пособие по применению. – М.: Энергоиздат, 1982. – 124с.
5. Гершунский Б.С. Справочник по расчету электронных схем – Киев.: "Вища школа", 1983 – 237с.
6. Cправочник радиолюбителя-конструктора . – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Радио и связь, 1984. – 560 с