1 глава. Курсовой Проект по дисциплине Схемотехника
 Скачать 130.47 Kb.
|
|
МИНОБРНАУКИ РОССИИ Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) Курсовой Проект по дисциплине «Схемотехника» Тема: “Высококачественный усилитель переменного тока” Вариант 7
Санкт-Петербург 2018 Теоретическое исследование Цель: ознакомление с принципами построения не инвертирующих и инвертирующих решающих усилителей, представляющих собой комплексную схему из операционного усилителя и внешних элементов, образующих цепь отрицательной обратной связи. Задание на курсовое проектирование «Высококачественный усилитель переменного тока»
1. Выбор схемы усилителя переменного тока 1.1 Построение усилителя на основе инвертирующего РУ  Рис.1.1 Усилитель аналогичен схеме инвертирующего РУ с разделительным конденсатором на входе, представлен на Рис.1.1(ФГ – функциональный генератор, АБ – анализатор Боде).  Рис.1.2 На Рис.1.2 представлены асимптотические ЛАФЧХ операционного усилителя (график 1) и усилителя переменного тока (график 2), где  - частота среза ОУ;  - соответственно верхняя и нижняя граничные частоты полосы пропускания усилителя переменного тока, на которых модуль коэффициента усиления снижается на 3 дБ по сравнению с максимальным значением;  - полоса пропускания усилителя.Коэффициент усиления и входное сопротивление усилителя переменного тока (см. Рис.1.2) в полосе пропускания определяются схемными функциями инвертирующего РУ.  ; (1.1)Частотная характеристика усилителя переменного тока в области нижних частот целиком формируется конденсатором С1, в области верхних частот она зависит от частотных свойств скорректированного ОУ(см. Рис.1.2), при этом граничные частоты определяются соотношениями ; (1.2)Из соотношений (1) выбираем сопротивление   Сопротивление R2 очень большое, практически трудно реализуемо (больше 10 Мом трудно реализовать). Следовательно, в схеме Рис.1.1 не удастся получить совместно большое входное сопротивление. Схема не подходит. усилитель переменный ток каскад 1.2 Схемная реализация усилителя на базе не инвертирующего РУ  Рис.2.1 Усилитель аналогичен схеме усилителя на базе не инвертирующего РУ, представленной на Рис.2.1, конденсатор С2 используется для минимизации входного напряжения покоя усилителя (сдвиг постоянного напряжения от нуля). Частотная характеристика усилителя аналогично характеристике 2, представленной на Рис.1.2. В полосе пропускания (С1 и С2 – к.з.) имеем частный случай не инвертирующего решающего усилителя. При этом получаем  ;  (2.1)Нижняя граничная частота  (2.2)Верхняя граничная частота fв зависит от инерционных свойств операционного усилителя и коэффициента усиления  всего усилителя переменного тока (чем он больше, тем она меньше, см. Рис.1.2) и окончательно определяется при эксперименте с системой NI ELVIS и моделировании в системе Multisim.Таким образом, при использовании одного не инвертирующего РУ в качестве усилителя переменного тока удается получить одновременно большой коэффициент усиления (100…1000) и больше (1…10МОм) входное сопротивление усилителя, но при этом существуют определенные трудности в реализации высокой верхней граничной частоты fв. Ручной расчет: Выберем емкость С1 = С2 = 2 мкФ Из соотношения (2.2)  Из соотношения (2.1) получаем   Убеждаемся, что конденсатор С1 Становится «проходным» на более низких частотах, чем конденсатор С2, и тем самым практически не влияет на нижнюю граничную частоту   = 10/(2*3.14*2*1) = 0,796 Гц 0,8 Гц ,   1.3 Построение усилителя на основе двух усилительных подсхем  Рис. 3.1 От недостатка усилителя, изображенного на Рис.2.1, свободна схема усилителя переменного тока, представленная на Рис.3.1. Этот усилитель состоит из двух усилительных подсхем: входная подсхема реализуется на не инвертирующем РУ(DA1;R1;R2;R3), что позволяет обеспечить большое входное сопротивление усилителя переменного тока; входная подсхема представляет собой инвертирующий РУ(DA2;R4;R5) и используется для получения высокого коэффициента усиления KU всего усилителя переменного тока. В полосе пропускания:  (3.1)Из графиков, приведенных на Рис.1.2 следует, что для получения наибольшей верхней граничной частоты  усилителя (Рис.3.1) целесообразно выбирать коэффициенты усиления инвертирующего и не инвертирующего РУ по модулю примерно одинаковыми.Нижняя граничная частота:  (3.2)Выберем емкость С1 = С2 = 1 мкФ. Из соотношения (3.2):   Для получения наибольшей частоты коэффициенты  и  должны быть примерно одинаковыми, тогдаKUНИ = |K UИ| = √KU = √1200 = 34,64 R5=  R4 = 34,64  3184 = 110,3 кОмЭто для инвертирующего РУ. Для не инвертирующего РУ: R3=  .Зададим R1=1 кОм, тогда R2 = [KUНИ – 1] ∙ R1 = 33 кОм  Убеждаемся, что конденсатор С1 становится «проходным» на более низких частотах, чем конденсатор С2, и тем самым практически не влияет на нижнюю граничную частоту : = 10/(2*3.14*1*1) = 1.6 Гц , |
