Обоснование и выбор функциональной схемы

1. Обоснование и выбор функциональной схемы

Низкочастотный усилитель проектируется на основе входного усилителя, предварительного усилителя и усилителя мощности. Для обеспечения нужной величины входного сопротивления и коррекции искажений частотной характеристики используется входной усилитель. Для обеспечения качественных показателей выходного сигнала используется усилитель мощности с глубокой отрицательной обратной связью. Для обеспечения блоков аппаратуры выходными напряжениями (токами) заданного номинала и качества используется источник питания. Функциональная схема усилителя низкой частоты представлена на рис.1.

Рис. 1

ВУ – входной усилитель;

РУ - регулятор уровня;

ПУ – предварительный усилитель;

УМ – усилитель мощности;

ЦООС – цепь частотно-зависимой обратной связи;

На усилитель мощности поступает сигнал от источника поступает через разделительную емкость (Cр) с входного усилителя (ВУ), который служит для обеспечения заданного входного сопротивления (Rвх). Разделительная емкость необходима для уменьшения дрейфа нулевого уровня выходного напряжения. Для регулирования величины выходного напряжения сигнал с входного усилителя поступает на регулятор уровня (РУ).

Источник питания является выпрямительным устройством и состоит из четырех узлов: трансформатора, вентильного комплекта (диодная схема), сглаживающего фильтра и стабилизатора постоянного напряжения.

Трансформатор необходим для получения заданного напряжения.

Вентильный комплект необходим для выпрямления переменного напряжения. В качестве выпрямителя использую однофазную мостовую схему. Схема применяется на выходные мощности до 1кВТ.

Преимущества схемы : повышенная частота пульсаций , низкая величина обратного напряжения , хорошее использование трансформатора .

Недостатки : необходимость в четырех вентилях , повышенное падение напряжения на вентильном комплекте .

Сглаживающий фильтр используется для ослабления пульсаций. Используем конденсатор.

2. Выбор и расчет элементов функциональной схемы

 

2.1 Входной усилитель

Входной усилитель должен обеспечить входное сопротивление, заданное в техническом задании, коррекцию искажений частотной характеристики и предварительное усиление полезного сигнала. В качестве входного усилителя выберем схему неинвертирующего усилителя на операционном усилителе (рис.2).

Рис. 2

Найдем напряжение, подаваемое на входной усилитель

 (2.1)

Коэффициент усиления по напряжению всей схемы определится как:

 (2.2)

Пусть входной усилитель обеспечивает усиление входного сигнала по напряжению до 2 В, а также обеспечивает входное сопротивление устройства Rвх=0,1 МОм.

 (2.3)

Рассчитаем сопротивления обратной связи

, (2.4)

т.о. согласно ряду Е24: , .

Конденсатор С₂ уменьшает коэффициент усиления ВУ на частотах меньше нижней граничной, поэтому выбираем его номинал из условия:

 (2.5)

В полосе пропускания входное сопротивление ВУ Rвх = R₁ïç(Rоудиф + R₂) @ R₁.

Разделительную емкость Ср1 выберем исходя из нижней граничной частоты:

, (2.6)

Для того чтобы искажения на нижней граничной частоте были меньше увеличим емкости конденсаторов: , .

Выберем операционный усилитель. Основным параметром для выбора ОУ является частота единичного усиления. Исходя из того, что верхняя граничная частота входного сигнала f_max= 200 кГц и спад логарифмической АЧХ операционных усилителей в области верхних частот составляет –20 дБ/дек, то для ВУ необходим операционный усилитель с частотой единичного усиления fед ³ f_max*Ku = 0.96 МГц. Скорость нарастания выходного напряжения операционного усилителя должна удовлетворять величине выходного сигнала на верхней граничной частоте:

V_Uвых ³ 2*p*f_max*Uву (2.7)

V_Uвых ³ 2,513 В/мкс.

Согласно этим требованиям выберем операционный усилитель 140УД26А.

Параметры операционного усилителя:

напряжение смещения: 0.03 (мВ);

входной ток: 40 (нА);

напряжение питания:  15В;

ток потребления: 4.7 (мА);

максимальное выходное напряжение: 13.5 (В);

максимальный выходной ток: 10 (мА);

скорость нарастания выходного сигнала: 11;

входное сопротивление: 10 (МОм);

выходное сопротивление: 200 (Ом).

частота единичного усиления 16 МГц

Рис. 3 Логарифмическая частотная характеристика входного усилителя