3 Расчет усилителя на интегральных микросхемах

Рисунок 4.1. Принципиальная схема на операционном усилителе

3.1 Проектирование усилителя  на ОУ

     Для выполнения заданных условий выберем  быстродействующий операционный усилитель  с достаточным коэффициентом  усиления по напряжению OP_37B.

     Согласование  с низкоомной нагрузкой и высокоомным  входным сопротивлением произведем  введением  последовательной отрицательной  обратной связи по напряжению.

     Для получения необходимой верхней  рабочей частоты введем в цепь обратной связи конденсатор Cос, соединенный параллельно резистору R2.

     Для получения необходимой нижней рабочей  частоты  введем разделительный конденсатор  Ср.

     Электрические параметры ОУ OP_37B:

     Напряжение  питания: +/-3.5-+/-25В;

     Максимальное  выходное напряжение: 25В;

     Входной ток: 0.5 мкА;

     Входное сопротивление: 1.3 Мом;

     Выходное  сопротивление: 300 Ом;

     Минимальное сопротивление нагрузки: 10 Ом;

     Коэффициент усиления по напряжению: 39.81*10³. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   

3.2 Расчет параметров  схемы:

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
   

   

   

   

   

   

   

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   3.3 Построение ЛАЧХ  и ЛФЧХ ОУ

   

   

   

 
 
 
 
   

   

   

 
 
 

   3.3.1 ЛАЧХ и ЛФЧХ  разомкнутого усилителя  и цепи обратной  связи

       3.3.2 ЛАЧХ и ЛФЧХ петлевого усиления

       3.3.3 ЛАЧХ и ЛФЧХ  замкнутого контура

       3.3.4 ЛАЧХ и ЛФЧХ разделительного конденсатора

 

3.3.5 ЛАЧХ и ЛФЧХ  обратной связи

    Вывод по заданию : из преведенных графиков видно, что данный усилитель будет  устойчивым,так как его ЛФЧХ не доходит до 180 градусов по абсолютному  значению. 

    4 Стандартные номиналы компонентов 

    4.1.Для трехкаскадного усилителя

Для выбора номиналов  резисторов и конденсаторов будем использовать ряд номинальных значений Е192:

R3=1180 Ом                                      Ср0=50нФ

R10=104 кОм                                    Ср1=600нФ

R20=109 кОм                                    Ср2=600нФ

R21=39200 Ом                                  Ср3=250нФ  

R22=39200 Ом                                  Сэ1=20мкФ

R11=135 кОм                                    Сэ2=30мкФ

R12=135 кОм                                    Сос=1нФ

Rэ11=198 Ом

Rэ21=12 Ом

Rэ12=200 Ом

Rэ22=10 Ом

Rк1=459 Ом

Rк2=459 Ом

Rос=1230 Ом                 
 
 
 

    4.2.Для  операционного усилителя

R1=53.6                       Cp1=23нФ

R2=4930                      Сос=500пФ

R3=41700

5.Исследовать транзисторный усилитель с помощью ЭВМ (пакет MicroCAP7):

Рисунок 5.1 Схема  расчета трехкаскадного усилителя  в пакете MicroCAP7 

5.1.ЛАЧХ  и ЛФЧХ разомкнутого  и замкнутого усилителя

Рисунок 5.2. ЛАЧХ и ЛФЧХ разомкнутого усилителя 
 
 

Рисунок 5.3. ЛАЧХ и ЛФЧХ замкнутого усилителя 

Рисунок 5.4.ЛАЧХ и ЛФЧХ усилительных каскадов и всего усилителя 
 
 

Рисунок 5.5 ЛАЧХ и ЛФЧХ петлевого усиления

Из рисунка 5.5 видно, что усилитель является устойчивым запас по фазе на нижней и верхних  частотах равен 90 градусов.Запас по амплитуде на нижней частоте равен 60 дБ ,на верхней-40дБ. 

5.2 Переходная характеристика  транзисторного усилителя

Рисунок 5.6 Переходная характеристика транзистора

5.3 Анализ Фурье 

Рисунок 5.7 Анализ Фурье в пакете MicroCap7

Рисунок 5.8 Анализ Фурье для высших гармоник в пакете MicroCap7 

5.4 Расчет коэффициентов

Расчет  коэффициента нелинейных искажений

Расчет  коэффициента гармоник

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Вывод по курсавому проекту: 

   В данном курсовом проекте  был расчитан трехкаскадный усилитель с отрицательной обратной связья.Глубина обратной связи выбиралась из условия, что при замене транзистора коэффициент усиления не должен изменяться более чем на 5% по абсолютному значению от соответствующего значения при транзистора. Для обеспечения этого условия была заведена глубокая обратная связь .

   По  заданию курсового проекта было дано высокое входное сопротивление  Rвх=44 кОм ,которое было достигнуто путем использования входного каскада ОК.

   Необходимым условием нормальной работы транзистора  является согласование входных и  выходных сопротивлений каскадов.Так  как входное сопротивление следующего каскада является нагрузкой для  предыдущего, то необходимо, что бы .

   Введение  последовательной обратной связи по напряжению увеличивает входное сопротивление и уменьшает выходное.Уменьшение велечины выходного сопротивления уменьшает влияние нагрузки на выходное напряжение. То есть обратная связь по напряжению стабилизирует выходное напряжение.

   Многокаскадный  усилитель был расчитан «в ручную»  и с помощью программного пакета MicroCap7. В обоих случаях каскад оказался устойчивым, что свидетельствует о верности расчета. Расхождение параметров устойчивости говорит о погрешности расчетов.

   Так же в данном курсовом был исследован ОУ ,построенны ЛАЧХ и ЛФЧХ замкнутого и разомкнутого усилителей,а так  же петлевого усиления. По полученным данным усилитель обладает устойчивостью.

   По  проведенному анализу Фурье коэффициент нелинейных искажений имеет очень малое значение, что свидетельствует о том, что усилитель работает в классе усиления А.