Расчет требуемой глубины ОСС.

Для уменьшения нелинейных искажений сигнала, возникающих в каждом каскаде усилителя синусоидального сигнала, вводится общая отрицательная обратная связь (ООС) по напряжению со сложением напряжения.

1) Находим суммарный коэффициент нелинейных искажений:

.

Принимаем g_­ПУ = 1%, получаем

2) Находим остаточные нелинейные искажения:

,

где g_ТЗ - заданные в ТЗ нелинейные искажения; g_{Г sin} - нелинейные искажения, вносимые генератором синусоидальных колебаний.

3) Обратная связь должна обеспечить такое усиление, чтобы, имея известный после расчета генератора сигнал на входе предусилителя, получить требуемый сигнал в нагрузке, т.е.

K_β=U_нm/U_вхПУ,

где U_нm= , а U_вхПУ принимаем равным 2,5 В (с учетом регулировки выходного напряжения Гsin), т.е. получаем

K_β= /2,5=10

4) Вводимая ООС должна подавить величину суммарных нелинейных искажений γ_∑ до значения γ_ост, т.е. необходимый фактор ООС равен:

=4,022/0,311=12,932.

5) Находим коэффициент усиления при разомкнутой ОСС:

К = К_ПУ × К_1УМ × К_2УМ = F·К_β= 12,932*10 = 129,32

Находим β=

6) Находим коэффициент передачи ПУ:

 

Расчет параметров ПУ.

1) Условия выбора ОУ:

· Максимально допустимый выходной ток ОУ должен быть больше входного тока последующего каскада, т.е.

I_{вых maxОУ} ≥I_{вх 1УМ}

I_{вх 1УМ} = =1,35ּ10^-4 А

I_{вых maxОУ} ≥ 1,35ּ10^-4 А

· ОУ должен обеспечить требуемую для последующего каскада мощность:

Р_{вых ОУ} ³ Р_{вх 1УМ}

Р_{вых ОУ} ³ 0,003 мВт

· Граничная частота работы ОУ должна быть много больше частоты сигнала в нагрузке, т.е.

f_{гр ОУ} ³ (10 ¸20)f_н=(55¸110) кГц

Исходя из полученных данных, выбираем ОУ типа К153УД6 с параметрами:

K ≥50000; U_выхm=10 В; I_пот=3 мА; е_см ≤ ±2 мВ; Di_вх ≤ ±10 нА; f_гр = 0,7 МГц; TKе_см =15 мкВ/°С; U_п = ±15 В; R_нmin = 2 кОм.

Действительно:

I_{вых max ОУ}= мА >> 0,135 мА.

Р_{вых max ОУ}= мВт >> 0,003 мВт.

f_грОУ=700 кГц > (55¸110) кГц.

2) Сопротивления R1, R2, R3, R_ОС выбираются по условиям минимума аддитивной погрешности, который наблюдается при (рис.5.1):

G_-=G₊=G,

где G_-= ; G₊= ;

и выполнении неравенства

R= << =200 кОм.

Следовательно, R ≤ 20 кОм и необходимо, чтобы из трех резисторов R1, R2, R_ОС, хотя бы один был не более 20кОм. Кроме того нельзя превыситьI_{вых maxОУ}:

I_R2≤ I_{вых max ОУ}- I_{вх 1УМ},

I_R2= U_{вых ПУ}/R₂,

R2≥ =1,35ּ10^-4ּ331/(5·10^-3-1,35ּ10^-4)=92 Ом.

Выбираем R2=10 кОм.

Тогда тип R2: МЛТ-0,125-10к ± 10%.

Тогда R1= R2/ К_ПУ=100/0,23=42, 7 кОм.

R_ОС= R2/ β=100/0,0923=108, 3 кОм.

Выбираем R1 = 43 кОм.

Тогда тип R1: МЛТ-0,125 - 43к ± 10%.

Выбираем R_ОС =100 кОм.

Тогда тип R_ОС: МЛТ-0,125-0,1М±10%.

3) Сопротивление резистора R3 найдем из условия минимума аддитивной погрешности:

Выбираем R3=7,5 кОм.

Тогда тип R3: МЛТ-0,125-7,5к±10%.

 

4) Уточнение параметров ПУ:

К_ПУ = R2 / R1 = 10 / 43 = 0,23.

Т.к. К_ПУ не изменился, то и остальные параметры остались прежними.

 

Погрешности ПУ, вызванные влиянием температуры.

1) Погрешность от дрейфа е_см.

Наличие напряжения смещения на выходе ОУ, вызванное его не идеальностью, приводит к возникновению погрешности выходного напряжения ПУ: ,

Где ∆Т=50-25=25ºС.

В.

Находим относительную погрешность выходного напряжения ПУ: .

2) Погрешность, вызванная температурными изменениями резисторов.

В Т.З. задан широкий диапазон изменения температуры (+10 ¸ +50 ). Данное обстоятельство вызывает отклонение величины сопротивления резисторов от номинального значения. Это отклонение определяется температурным коэффициентом сопротивления (ТКС). Для резисторов типа МЛТ (до 510 кОм и интервала температур от +20 до +315 ) ТКС равен ±0,7·10^-3 1/ . Изменение величины резистора под действием температуры:

∆R=TKC·R·∆T,

где ∆T=T_max-20=50-20=30 ;R- величина резистора.

Соответственно изменение величины сопротивлений приводит к изменению коэффициента усиления ОУ.

Для инверсного включения величина погрешности составляет:

.

При использовании резисторов типа МЛТ получим:

=|2·ТКС·∆Т|=2·30·0,7·10^-3=4,2·10^-2

= = =0,043

Эта погрешность влияет на стабильность амплитуды ГСС.

По Т.З. нестабильность амплитуды ∆U_н/U_н= 1%. Введение ООС. в схему усилителя уменьшает погрешность в F раз, т.е. получаем:

0,331% < 1%

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ

Исходными данными для расчета предварительного усилителя являются:

1) Р_н = Р_вх1УМ = 1,6 мкВт;

2) R_н = R_вх1УМ = 500 кОм;

3) f _н=1 кГц;

4) U_н = U_{зиVT 1УМ} = 0,6 В;

5) g_тз = 0,21 %;

6) g £ 3%.

Рис. 6.1. Принципиальная схема предусилителя на полевом транзисторе

Рис. 6.2. Схема замещения предусилителя на полевом транзисторе по переменному току в области СЗЧ без ООС

Выбор типа транзистора VT.

Рассчитываем необходимую допустимую мощность, рассеиваемую на стоке транзистора. P_с.доп.=(1,1¸1,2)*P_н .

P_c.доп.=1,1* 0,04 = 0,048 мкВт.

4) Рассчитываем граничную частоту, которая должна быть в 5¸10 раз больше частоты сигнала в нагрузке:

f_гр= (5¸10)*f_н = (5¸10) кГц.

5) Примем E_c равным одному из стандартных значений (с учетом напряжения питания однотактного усилителя мощности):

E_c = 18 В.

Рассчитываем максимальное напряжение U_си:

U_си = (1,1¸1,2)·E_c = 1,1·18=20 В

Исходя из полученных данных выбираем транзистор КП302,Б, параметры которого:

U_си.max = 20 В;

P_с.max = 300 мВт при температуре окружающей среды Т_с=(-60¸+90) ˚С.

 

Рис. 6.3. Выходные ВАХ VT.