Усилитель вертикального отклонения осциллографа

Министерство общего и профессионального образования РФУральскийгосударственный технический университетКафедра ФМПКРАСЧ Т ЭЛЕКТРОННОГО УСИЛИТЕЛЯПояснительная записка 012 ПЗСтудент ЛебедевВ.В.Руководитель СтрекаловскаяЗ.Г.Н. Контрол р ЗамараеваИ.В.Группа ФТ-429Екатеринбург1998 г. Содержание Стр.1. Введение 32. Техническоезадание 33. Справочныеданные на элементы 44. Структурнаясхема усилителя 55. Расч твходного делителя 66. Расч тпредусилителя 77. Расч тфазоинвертора 98. Расч токонечного каскада 119. Расч тграничных частот 1510. Заключение 1611. Библиографическийсписок 1712. Приложения 18Введение. Согласно техническому заданию,требуется спроектировать и рассчитать широкополосный электронный усилитель,работающий на симметричную нагрузку, обеспечивающий на выходе усиленный входнойсигнал с допустимыми искажениямиТехническое задание.Входнойсигнал Экспоненциальныйимпульс отрицательной полярности.Uвх 10 500 мВtи 5мкс Выходнойсигнал Uвых 250В Нагрузка Rн 250кОм Входноесопротивление Rн gt 100кОм Элементнаябаза Использовать ИМС.Диапазонтемператур T 0МикросхемыМикросхема 140УD5АUUпит 12ВКуU 1500 125000Rвх 100кОмRвых lt 1кОмf1 15мГц Uвых lt 4ВМикросхема 140УD10UUпит 16 ВКуU 50Rвх 1мОмRвых lt 1кОмf1 15мГц Транзистор 2Т888АUКЭмах 900Вa 0.976b 40fв 15мГц Uвых lt 10ВIКб0 lt 10мкАIКмах 100мАPКмах 7Вт степлоотводом Ск 45пФТип p-n-pСтруктурная схема усилителя Исходяиз технического задания, была выбрана структурная схема усилителя рис.1Структурная схема усилителя Uвх Входной Предусилитель Делитель Фазоинвертор Оконечный каскад Рис.1 Входнойделитель да т возможность делить входной сигнал в соотношениях 1 1, 1 10, 50. Предусилительобеспечивает большой коэффициент усиления при минимальных искажениях. Фазоинверторобеспечивает на выходе одинаковые по модулю и разные по фазе напряжения.

Оконечныйкаскад обеспечивает усиление мощности сигнала для эффективного управлениянагрузкой.

Так как он вносит в сигнал максимальные искажения, то егокоэффициент усиления этого каскада выбирают небольшим.Входной делитель С1 R1 C2 R2 C3 R3 Рис 2ЗададимсяR1 100кОмС1 220пФK1 0.1 коэффициент деления 1 10 K2 0.02 коэффициент деления 1 50 C1R1 C2R2 C3R3R2 R1 K1 1-K1 R3 R1 K2 1-K2 R2 11кОмR3 2кОмРассчитаем СIПусть С1 220пФ Тогда С2 С1 R1 R2 2нФ С3 С1 R1 R3 10.8нФНоминальные значения R2 11кОм С2 2 нФR3 2кОм С3 11 нФ Предварительный усилитель C1 DA1 C2 DA2 C3 DA3 - - - R2 R4 R6 R7 R1 R3 R4 Рис.3Первый и второй каскад DA1,DA2 предусилителя идентичны ипостроены на ОУ 140УД5АРасч т ведем для одного каскада. Коэффициент усиления ОУ определяется по формуле Возьм м коэффициент усиления DA1 и DA2 K16Возьмем R1 10 кОмТогда R2 R1 K0-1 150кОмВерхняя граничная частота при K0 16,fВ 5МГц справ. данные Нижняя граничная частота при C1 1мкФВозьм м С4 С5 1мкФ R7 100кОм R6 33кОмТретий каскад DA3 предусилителяпостроен на ОУ 140УД10В последним третьем каскадевведена регулировка коэффициента усиления всего усилителя.

Зададимся условиемчтобы его минимальный коэффициент усиления был равен К 0 3 онзависит от величен сопротивлений R5 и R6 При R5 10кОм и R6 20кОм коэффициент усиления составит K0min 3 Пусть максимальный коэффициент усиления составит K0мах 4Следовательно R7 R5 K0min-1 -R6 10кОмВерхняя граничная частота при K0 4,fВ 5МГц справ. данные Нижняя граничная частота при C3 1мкФ Параметрывсего ПУКоэффициент усиления всего ПУ K0 K01K02K03K0max K01K02K03 1024K0min K01K02K768Верхняя граничная частота FВПУ 2.9 МГцНижняя граничная частота fн f1 f2 f5ГцРасч т фазоинвертора С2 DA1 - Вх R2 C1 R1 DA2 - Рис.4Фазоинвертор построен на 2x- ОУ140УД10DA1- включен как повторительDA2 - включен как инверторКоэффициент усиления повторителяК1Коэффициент усиления инвертора К02 1когда R2 lt lt R1Пусть R1 10кОм и R2 1кОм K02 1Для обеспечения симметричноговыхода сделаем R2 переменным сопротивлением Верхняя граничная частота для140УD10 равна 15МГцНижняя граничная частота равна Необходимо чтобы FН1 FН2 нижние граничные частоты обоихплеч были одинаковые Вожм м С1 1мкФ тогда Т.К. RВХповт RВхоу 1МОм 100R1,то чтобы FН1 FН2 следует взять С2 0,01C1 0.01мкФРасч т оконечного каскада R1 Rк Cc2 Cc4 Cc1 Cc3 VT1 VT2 R2 Rэ CЭ Rэоб Рис. 5Принципиальная схема оконечногокаскада изображена на рис.3Поскольку у нас симметричнаянагрузка то будем вести расч т на одно плечо. Уравнение линией нагрузки будет выглядеть следующим образом IКмах 40мА Динамическаялиния нагрузки транзистора I мА 40 Р.Т. 700 UкэВ Рис.4 Возьмем RЭ 4кОм и RК 13.5кОМРабочая точка IК0 20мА UКЭ350В Найдем рассеиваемую мощностьPRк 5.4Вт и PRэ I2Э0 RЭ 1.7Iдел 5мАUЭ0 IЭ0 RЭ 20мА 4кОм 82В - напряжение на эмиттере UБ0 UЭ0 UБЭ 82.5В- напряжение на базеR2 UБ0 Iдел 16400 16кОм R1 112272 Ом 110 кОмRБ 14кОмНайд м коэффициенттермонестабильности NS 1 RБ RЭ 4,6Определим крутизну S IК0 м jт 256мА ВРассчитаем gэквgК 1 RК 1 13.5 7.4 10-5Cмgн 1 Rн 4 10-6Cмgi h22 1 b IКбо UКэо 1.177 10-6Cмgэкв gi gн gк 7.93 10-5CмРассчитаем коэффициент усиленияKO S gэкв 3228Введ м О.О.С. разделивсопротивление RЭПусть K0 30тогда K0 K0 1 g K0g RЭ RК 0.033 RЭ - сопротивление О.О.С.RЭ g RК 445Ом RЭ1 RЭ-RЭ 4кОм-430Ом 3,6кОмF 1 g K0 107.5 глубина обратной связиВходная проводимость G11 IК0 м jт b 6.4 10-3jт тепловой потенциалrвх 1 g156Омrэ jт IЭо 1.27Омсопротивление базы транзистораrБ rвх-brЭ 105ОмРасч т по переменному току Найд м нижнюю частотуРасч т граничных частот Рассчитаем верхнюю частоту всего усилителя по формуле Обеспечим при этом длительностьфронта равной tФ 0.35 fВ 0.34мксчто для tИ 5мкссоставляет менее 7 Рассчитаем нижнюю частоту всего усилителя поформулеfн fнпр fнфаз fнокон 5 16 260 281ГцДля предварительного усилителяtнпр С4 Rвх 0.1сfнпр 1 2p tнпр 1.6 ГцДля фазоинвертораtнфи С7 R10 0.01сfнфи 1 2p tнфи 16 ГцДля предоконечного каскадаtнпре С8 Rвх 1сfнпре 1 2p tнпре 0.2 ГцДля оконечного каскадаfнокон 260ГцRЭоб 0.5RЭ1 1780ОмРасчет транзисторов на мощность Обозначение Рассеиваемая мощность Примечания R1 0.0625 мкВт R2 0.625 мкВт R3 2,5 мкВт R4 17мкВт R5 5мкВт R6 0.272мВт R7 80мкВт R8 0.435мВт R9 1.7мВт R10 10мВт R11 0,14Вт R12 0.18Вт R13,R20 0.91Вт R14,R21 0.4Вт R15,R19 5.4Вт Необходим радиатор R16,R18 1.7Вт R17 1Вт ЗаключениеВ ходе даннойработы был спроектирован электронный усилитель, позволяющий усиливать переменноенапряжение.

Параметры данного усилителя соответствуют техническим требованиям.Библиографический список.1.Полупроводниковые приборы. Транзисторы средней и большой мощности.

Справочник.Под.ред. А.В.Голомедова.

Москва, Радио и связь, 1994 2.Интергральные микросхемы.

Операционные усилители.

Справочник.

Москва, ВО Наука ,1993.