1) Погрешность от дрейфа есм.
Наличие напряжения смещения на выходе ОУ, вызванное его не идеальностью, приводит к возникновению погрешности выходного напряжения ПУ:
,
Где ∆Т=Tmax – To = 50-25=25 ºС.
В.
Находим относительную погрешность выходного напряжения ПУ:
.
2) Погрешность, вызванная температурными изменениями резисторов.
В Т.З. задан широкий диапазон изменения температуры (+10 ºC ¸ +50 ºC). 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 ºC) ТКС равен ±0,7·10-3 1/ºC. Изменение величины резистора под действием температуры:
∆R=TKC·R·∆T,
где 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| = 2·0.7·10-3·25 = 0.035
= = =0.036.
Эта погрешность влияет на стабильность амплитуды ГСС.
По заданию нестабильность амплитуды ∆Uн/Uн= 1%. Введение ООС. в схему усилителя уменьшает погрешность в F раз, т.е. получаем:
0.156% < 1%.
5 ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ
Исходными данными для расчета предварительного усилителя являются входные параметры однотактного усилителя мощности (см. раздел 3.12):
- мощность, потребляемая нагрузкой Рн= 3 мкВт;
- сопротивление нагрузки Rн= 332 Ом;
- частота сигнала fн=5,5 кГц;
- амплитуда напряжения на нагрузке
Принципиальная схема предварительного усилителя на биполярном транзисторе представлена на рисунке 5.1.
Рисунок 5.1 – Принципиальная схема предварительного усилителя на биполярном транзисторе
Напряжение питания каскада рекомендуется принять таким же как в однотактном трансформаторном усилителе мощности.
Расчет предварительного усилителя вначале производится в соответствии с методикой расчета усилительного каскада с общим эмиттером без отрицательной обратной связи (расчет по постоянному току, расчет по переменному току: определение h-параметров выбранного транзистора, построение нагрузочной линии по переменному току, определение нелинейных искажений, определение входного и выходного сопротивлений, коэффициентов усиления по напряжению, току и мощности).
Далее для введения в схему усилителя синусоиды отрицательной обратной связи (ООС), резистор Rэ делится на две части – Rэ¢ и Rэ². Величины данных сопротивлений принимаются равными:
Rэ² = 0.1·Rэ; Rэ¢ = Rэ – Rэ².
При введении ООС в предварительном усилителе возникает местная обратная связь, которая влияет на основные параметры предварительного усилителя.
Зная коэффициент передачи цепи местной обратной связи:
.
пересчитываются основные параметры усилителя с учетом местной ООС:
;
Rвх β = Rвх ·(1+Ku·β”); Rвых β = Rвых + Rэ²·(1+Ku·β”);
KI β = KU β·Rвх β/Rн; KР β = KU β∙ KI β.
После этого рассчитываются емкости шунтирующих и разделительных конденсаторов и выбираются их типы.
5.1 Расчет звена общей отрицательной обратной связи
Исходные данные:
- коэффициент нелинейных искажений в нагрузке γн;
- коэффициент нелинейных искажений двухтактного усилителя мощности γ2УМ;
- коэффициент нелинейных искажений однотактного усилителя мощности γ1УМ;
- коэффициент нелинейных искажений предварительного усилителя γПУ.
Требуемый коэффициент нелинейных искажений усилителя синусоиды должен быть равен:
.
Реальный коэффициент нелинейных искажений усилителя синсоиды, равен:
Тогда глубина ООС рассчитывается по формуле:
Далее рассчитывается коэффициент усиления по напряжению усилителя синусоиды:
KYsin = K2УМ·K1УМ·KUβ ПУ
Тогда коэффициент передачи звена общей обратной связи будет равен:
,
а сопротивление резистора Rос:
.
Если полученное значение сопротивления Rос не удовлетворяет условию: Rос >> Rн (Rос» 10Rн), то в схеме усилителя синусоиды будет сильное влияние ООС на выходной сигнал. В этом случае необходимо увеличить коэффициент усиления по напряжению путем применения дополнительного аналогичного предварительного усилителя (без местной ООС) и пересчитать значение Rос:
KYsin = (K2УМ·K1УМ·KUβ ПУ)∙KПУ;
;
Величина Rос увеличивается в (KПУ)n раз, где n - число дополнительно введенных каскадов предварительного усиления.
Коэффициент усиления по напряжению усилителя синусоиды с учетом обратной связи рассчитывается по формуле:
Kβ = KYsin/(1+β·KYsin).
Напряжение на входе усилителя синусоиды определяется по формуле: Uвх m = Uн/Kβ.
6 СХЕМА СОГЛАСОВАНИЯ
Необходимость введения схемы согласования (СС) вызвана несоответствием амплитуды сигнала на выходе генератора синусоиды и на входе усилителя синусоиды.
Исходные данные:
– напряжение на входе СС (на выходе генератора синусоиды)U1 5 B;
– напряжение на выходе СС (на входе усилителя синусоиды) U2 = 0.285 В;
– входное сопротивление (выходное сопротивление генератора синусоиды) Rвх = 1 кОм.
Поскольку выходное напряжение СС меньше входного, то в качестве схемы согласования используется делитель напряжения на подстроечном резисторе.
Рисунок 6.1 – Принципиальная схема СС
Коэффициент передачи СС должен быть равен:
Задаемся изменением равным :
В качестве R2 выбираем подстроечный резистор типа СП5-17 -1- 1кОм±10%.
Тогда:
Выбираем резистор типа МЛТ - 0.125 -4.3кОм 5%.
Выбираем по ГОСТу: тип-МЛТ - 0.125 - 82 кОм 5%.
Выходное сопротивление в данном случае составляет . Поэтому, чтобы схема согласования не шунтировала выход генератора синусоиды, необходимо выполнение условия:
R1+R2+R3 >> 1 кОм. Для данного расчета: R1+R2+R3 = =82000+1000+4300>>1кОм, т.е. это условие выполняется.