Проектирование усилителя электрических сигналов первичных измерительных преобразователей систем автоматического управления

 

 

РИС.3 Сквозная характеристика.

С учётом ООС:

 

     

 

Коэффициент передачи для предоконечного каскада:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. РАСЧЁТ  ПРЕДОКОНЕЧНОГО КАСКАДА

 

                                               

       2.1 Определяем сопротивление резистора Rк.

 

R3= Rк » (0.2 ¸ 0.3) Rвых = 0.25*246»62 (Ом),где Rвых = Rвх.ок.

 

       2.2 Определяем сопротивление резистора Rэ.

 

Rэ =R4= 0.5*Rк= 0.5 * 62= 33 (Ом)

 

 

                2.3 Определяем статический и динамический токи

 

 

 

На основании этих данных выбираем транзистор  КТ610А.

Uэкmax=20 (В)               Iкmax=300 (mA)

                    На семействе выходных характеристик  строим  статическую нагрузочную прямую.

 

 

РИС.4 Семейство выходных характеристик КТ610А

 

 

Положению рабочей точки будет соответствовать точка пересечения прямой

Uэк=Uэк0+Umвх=4,37(В)

 и статической нагрузочной прямой. Этому требованию соответствует точка А с координатами:

Uэк=4,37(В)          Ik=47,5 (мА)           Iб=0.5 (мА).

Строим динамическую нагрузочную прямую с координатами

Ik=109 (мА) и Uэк= Uэк0+ 2×Um вх=8,24 (В)

 

Статическая и динамическая нагрузочные прямые пересеклись в точке А, полученное значение Iб=0.5 (мА) позволяет найти точку А на входной характеристике.

 

РИС.5 Входная характеристика транзистора КТ610А

 

 

       2.4 . Для нахождения Rвх, проведем касательную к точке покоя А и найдем Rвх.пр

                   как соотношение:

MK=0,055 (B);          KА=0,5 (мA);

 

= 110 (Ом)

 

              2.5 Рассчитаем коэффициент передачи ООС:

                

 

              2.6 Рассчитаем глубину ООС:

 

где коэффициент усиления каскада по напряжению на средних частотах определяется по формуле:

 

Определяем по выходной характеристике:

 DIк=63-26=37 (mA)     DIб=0,5 (mА)

Следовательно:

А=1+0,22*55=13

 

              2.7 Находим входное сопротивление предоконечного каскада с учётом ООС:

 

 

              2.8 Находим амплитуду тока и  напряжения на входе предоконечного

                    каскада:

                                       

       2.9 Определим элементы делителя  напряжения в цепи базы:

 

Находим напряжение, подводимое к делителям R1 и R2.:

 

Uд = Eп=9 (B)

 

Выбираем ток делителя из условия:

 

Iдел=(2¸5)Iбр ;    Iдел=3,5 *0,5=1,75 (mA)   Iбр=0.5(mA)

 

Падение напряжения на резисторе R4 :

 

;  Uбр=0,75 (В)

;               ;

 

              2.10 Расчитаем искажения в предоканечном каскаде, для построим

                      сквозную характеристику:

 

Eб = Uэб + Iб×Rг= Uэб + 0.5×Iб×Rвх.оос= Uэб + 710×Iб

 

Rг=710 (Ом)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Iб, (mA)	Ik, (mA)	Uэб, (B)	IбRг, (B)	Eб, (B)
0.05	5	0.678	0.035	0.713
0.12	19	0.69	0.0851	0.775
0.25	27.5	0.715	0.178	0.893
0.38	37.5	0.732	0.27	1.002
0.5	47.5	0.75	0.355	1.105
0.62	55	0.762	0.44	1.202
0.75	65	0.772	0.533	1.305
0.87	72.5	0.78	0.618	1.398
1	82.5	0.787	0.710	1.497

 

 

 

РИС.6 Сквозная характеристика.

 

По сквозной характеристике определяем:

а=35

   b=42.5

c=35

 

Определим коэффициент нелинейных искажений с учетом ООС:

                                   

Находим общий коэффициент нелинейных искажений для оконечного и предоконечного каскадов:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. РАСЧЁТ  ВХОДНОГО КАСКАДА

 

       3.1Для реализации УНЧ выбираем микросхему КР538УН3 – одноканальный

           сверхмалошумящий усилитель низкой  частоты. Её параметры:

 

Uпит             - 5¸7.5(В)

Um.вых.max.      - 0.5    (B)

Um.вх.max          - 0.2    (B)

Iн (не болеее)    -  2      (mA)

Iпотр.(не более) -  5  (mA)

Rвх.0                              - 250  (кОм)

Rвых.0                            -   1   (кОм)

K0                       -  50000

 

       3.2. На входе предоконечного каскада напряжение 0,9 (B). Напряжение источ

         ника  E=7*10-3 (B), значит коэффициент усиления каскада должен составить:

 

                     

                      

                                             

                     

                   

Подставляя R3 типовое для включения  ИМС  R3=30 (Оm) получаем:

 

                                  

 

3.3. Входное сопротивление  с учетом ООC:

                                            

                            (мОm)

 

                        Выходное сопротивление с учетом  ООС:

                       (Оm)

         3.4. Падение напряжения на R1 принимаем равным UR1=6 [B].Ток потребления

                микросхемы  Iпот=5 [mA], тогда:

                                         (Оm)

                                         (mкФ)

 

Конденсатор С2 на входе 10 (mкФ) из типовой схемы включения ИМС. Конденсатор С3=0.15 (нФ) для коррекции микросхемы (ограничение диапазона рабочих частот).Конденсатор С4=50 (мкФ) - емкость фильтра.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. РАСЧЕТ   МЕЖКАСКАДНЫХ   СВЯЗЕЙ

 

Основные линейные искажения в схеме приходятся на разделительные конденсаторы:

С4 - между входным и предоконечным каскадом.

С - между предоконечным и оконечным каскадом.

С - между оконечным каскадом и нагрузкой.

Считаем, что заданный коэффициент ослабления разделен поровну между тремя

  каскадами:

;

Тогда коэффициент линейных искажений:

Емкость рассчитывается по формуле:

(mкФ);

(mкФ)

 (mкФ)

(mкФ)

 

Конденсаторы выбираем из ряда компонентов Е - 24.

 

 

Sн=20lgMн

Sн4=20lg1.107=0.882  (дБ)

Sн5=20lg1.12=0.984  (дБ)

Sн6=20lg1.12=0.984  (дБ)

Общий Sн=2.85 (дБ) <  3  (дБ), значит общее ослабление на граничных частотах удовлетворяет требованию ТЗ.

 

 

5. РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ

 

Вероятность безотказной работы:

 

tср - среднее время безотказной работы.

S   - интенсивность отказов.

Если изделие содержит n-типов элементов, последний из которых содержит Ni равнонадежных элементов с надежностью li, то li* Ni .

 

N,n/n	Тип	li*10-6	N кол-во	li* Ni
1.   2.     3. 4.   5.   6.   7. 8.	диоды         - кремниевые конденсаторы        - керамические        - электролитические панели (на одно гнездо) резисторы        - металопленочные соединения        - паянные транзисторы        - кремниевые микросхемы плата	0.2   0.1 0.035 0.0244   0.04   0.004   0.5 0.02 0.1	2   1 6 4   9   48   2 1 1	0.4   0.1 0.175 0.0976   0.36   0.192   1 0.02 0.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                 6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

 

Настоящая курсовая работа представляет собой полный расчет усилителя сигналов первичных измерительных преобразователей  систем автоматического регулирования.

         В ходе работе выполнен  полный  электрический  расчет   усилителя, произведена  оценка  надежности,  разработан  конструктивный чертеж  устройства.

         В схеме оконечного каскада  для задания рабочего напряжения  используются делитель напряжения, диод в прямом включении, комплиментарные транзисторы, что дает возможность осуществить работу схемы от одного источника. Чтобы обеспечить работу каскадов усиления мощности используют предварительные каскады усиления мощности. В этих каскадах учитывали влияние входного сопротивления последующего каскада. Для уменьшения нелинейных искажений ввели отрицательную обратную связь.

         Для облегчения расчета и проектирования  в качестве входного 

          каскада использована микросхема.

Спроектированный  усилитель   полностью удовлетворяет требованию технического задания и конструктивно может быть выполнен на печатной плате.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. ЛИТЕРАТУРА

 

1. Гершунский Б.С.

  “Справочник по расчету  электронных схем”- Киев : Вища школа 1983 г.

2. Лавриненко В.Ю.

  “Справочник по полупроводниковым приборам”- М : “Техника” 1994 г.

3.  Линецкий А.И.

  “Конспект лекций по курсу: «Электроника и микросхемотехника»”.

4.  Новаченко В.М.

   “Микросхемы для бытовой радиоаппаратуры”- М. : КубК-а 1996 г.