Усилитель низкой частоты (стр. 2 из 4)

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_U_вых³ 2*p*f_max*Uву (2.7)

V_U_вых³ 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

2.2 Регулятор уровня

Регулятор уровня необходим, чтобы обеспечить заданный в техническом задании диапазон регулирования выходной величины, равный -40% от максимального значения. Выберем схему регулятора уровня, представленную на рис.4.

Рис. 4

Сопротивления резисторов R4 и R5 находятся в следующей зависимости:

. (2.8)

Из этого выражения находим R4 = 40 кОм, R5 = 60 кОм. Величина разделительной емкости C3 и резистора R6 находится из передаточной функции, которую они образуют:

. (2.9)

Таком образом минимальная частота

должна быть меньше или равна

, (2.10)

Отсюда R6=200 кОм C3=1,5 мкФ. Коэффициент передачи регулятора уровня на заданном интервале частот равен единице.

3. Предварительный усилитель и усилитель мощности

Принципиальная схема изображена на рис.5

Рис.5

Схема состоит из предварительного усилителя, построенного на операционном усилителе, и оконечного каскада, являющегося усилителем мощности, охваченных цепью общей отрицательной обратной связи (ЦООС).

Напряжение на входе ПУ

(3.1)

Коэффициент усиления схемы по напряжению равен:

(3.2)

Распределим его следующим образом:

Пусть коэффициент усиления ПУ по напряжению равен:

;

коэффициент усиления УМ по напряжению равен

Сначала рассчитаем усилитель мощности.

УМ построен на транзисторах VT1-VT4,резисторах R6-R11 и диодах VD1, VD2.

(3.9)

,где

-остаточное напряжение на транзисторе.

Выбор транзисторов VT2, VT4.

(3.10)

- максимальный ток коллектора;

(3.11)

– максимальный ток нагрузки;

– среднее значение тока нагрузки;

- максимальная мощность;

(3.12)

- максимальное напряжение коллектор - эмиттер.

В соответствии с рассчитанными параметрами выберем пару транзисторов КТ825В(p-n-p) и КТ824В(n-p-n).

Параметры транзисторов:

максимальное напряжение коллектор - эмиттер: 65 (В);

статический коэффициент передачи тока:

;

максимальная рассеиваемая мощность:

;

максимальный ток коллектора:

;

рабочие напряжение транзистора:

;

напряжение открывания транзистора:

;

ток утечки:

;

температура перехода t_п=175 ⁰С;

Так данные транзисторы являются мощными, то при работе в схеме они очень сильно нагреваются и могут сгореть от перегрева. Для нормальной работы этих элементов требуется устанавливать их на радиаторы. Рассчитаем площадь теплоотвода для данных транзисторов.

Подставив данные получим: S>7.5 см², примем S=9 см².

Произведем выбор резисторов R9 и R8 (на общей схеме – R10 и R13, соответственно) используя условия протекания тока утечки через резистор R₆:

(3.13)

- рабочий ток базы транзисторов.

Тогда сопротивление R₁₃ найдем по формуле:

(3.14).

. R10 = R13 =900 (Ом).

Выберем сопротивления R13 и R10 из ряда Е24: R13 = R10 = 910(Ом.).

(3.15)

- мощность рассеиваемая на этих резисторах,

выберем Р_R₁₃ = P_R₁₀ = 0.125 (Вт).

Выбор транзисторов VT1,VT3.

(3.16)

Максимальный ток через транзистор VT₁ равен:

(3.17)

Максимальное напряжение на транзисторе VT₁ равно:

(3.18)

Мощность, рассеиваемая на транзисторе равна:

Выберем пару комплиментарных транзисторов КТ820Б(p-n-p) и КТ821Б(n-p-n). Параметры транзисторов:

напряжение коллектор эмиттер:

;

статический коэффициент передачи:

;

максимальная рассеваемая мощность:

;

максимальный ток коллектора:

температура перехода t=125 ⁰C.

Данные транзисторы также относятся к классу мощных и для них требуются теплоотводы. Рассчитаем площадь радиаторов аналогично предыдущему случаю и получим: S>138 см², отсюда S=150 см².