Расчет и проектирование усилителя низкой частоты

КП УНЧ.docx

Казанский государственный технический университет имени А.Н.Туполева
Кафедра радиоэлектронных и квантовых устройств
Расчет и проектирование усилителя низкой частоты
Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту по “Схемотехнике аналоговых электронных устройств”
Специальность 210302
Руководитель А.И. Усанов
Дата защиты“_” 2009 г.
Оценка Роспись Комиссия:
Транзисторный вариант
2. Расчет выходного каскада
3. Расчёт четвёртого каскада (КПУ3)
4. Расчёт третьего каскада (КПУ2)
5. Расчёт второго каскада (КПУ1)
6. Расчёт входного каскада
7. Расчёт фильтрующих цепей
8. Расчёт обратной связи
9. Расчёт размеров П.П.транзисторный вариант
Микросхемный вариант
3. Расчет входного каскада.
4. Расчёт размеров П.П. микросхемный вариант
Выбор оптимального варианта
Усилительным устройством (усилителем) называется устройство в нагрузку которого поступает усиленный сигнал (входной).
Усилительные устройства находят применение в самых различных областях науки: техники и производства являясь либо самостоятельными устройствами либо частью сложных приборов и систем.
Усилительное устройство характеризуется радом технических показателей. В зависимости от того какие из показателей считают основными формулируются требования к проектированию усилителей и выбираются способы их технической реализации к основным показателям относятся коэффициент усиления амплитудно и фазочастотные и переходные характеристики коэффициент нелинейных искажений уровень помех чувствительность устойчивость входное и выходное сопротивление. Спроектированное устройство должно удовлетворять определенному сочетанию упомянутых показателей.
Усилителем электрических колебаний называется устройство которое позволяет при наличии на его входе колебание с некоторым уровнем мощности получить на выходной нагрузки те же колебания но с большим уровнем мощности. Эффект увеличения мощности возможен только в том случае если в самом устройстве имеется некоторый источник из которого черпается энергия для создания увеличенной мощности на выходе этот принципиально необходимый для усиления источник энергии называется источником питания.
В данной курсовой работе рассматривается усилитель низкой частоты (УНЧ) т.к. частоты меняются в пределах от: 25Гц÷10 кГц.
УНЧ – устройства предназначенные для усиления переменных составляющих сигнала в диапазоне от заданной нижней граничной частоты fВ>0 до некоторой верхней граничной частоты fВ. Обычно для усилителей этого типа отношение .
Транзисторный вариант
Определяем выходные характеристики: .
где – мощность нагрузки – сопротивление нагрузки.
Далее выберем схемы входных и выходных каскадов:
Входной каскад. Если сопротивление источника сигнала ( ) больше 10 кОм то входной каскад выбирается по схеме с общим коллектором.(эмиттерный повторитель)
В нашем случае в качестве входного каскада выбираем эмиттерный повторитель.
Выходной каскад. Если сопротивление нагрузки меньше 300-500 Ом то выходной каскад выбирается по схеме с общим коллектором.(эмиттерный повторитель).
Т.к. то в качестве выходного каскада выбираем также эмиттерный повторитель.
Коэффициент усиления эмиттерного повторителя:
Рис.1 Принципиальная схема эмиттерного повторителя.
В качестве КПУ выбираем схему с ОЭ. Схемная реализация каскада предварительного усиления представлена на Рис.2. Это схема усилителя на биполярном транзисторе включенном по схеме с общим эмиттером .
Рис. 2 Принципиальная схема усилителя с ОЭ.
Элементы усилительного каскада выполняют следующие функции:
- обеспечивают выбранное положение рабочей точки (РТ) и температурную стабилизацию транзистора.
- разделяет усилительные каскады по постоянному току.
- является коллекторной нагрузкой транзистора.
- устраняет отрицательную обратную связь по переменному току.
Найдём количество каскадов предварительного усиления (КПУ):
КПУ - каскады предварительного усиления предназначены для усиления напряжения тока и мощности до значения необходимого для подачи на вход усилителя мощности. Количество каскадов предварительного усиления определяется необходимым усилением.
- коэффициент усиления требуемый от КПУ.
- коэффициенты усиления входного и выходного каскадов.( )
- коэффициент усиления внутренних цепей усилителя.()
- заданный коэффициент усиления УНЧ.( =140 )
Для каскадов с ОЭ коэффициент усиления i-го каскада . Выбираем .
Тогда количество КПУ находится по формуле:
Полученное количество каскадов округляют до ближайшего целого нечетного числа (в большую сторону) так как схема с ОЭ дает сдвиг фаз 180.
Структурная схема УНЧ представлена на Рис. 3.
Рис.3. Структурная схема УНЧ.
Делим общий коэффициент усиления по напряжению таким образом:
общий коэффициент усиления по напряжению.
Распределим частотные искажения по каскадам таким образом:
2. Расчет выходного каскада.
Выбор транзистора для выходного каскада:
В качестве выходного каскада используется эмиттерный повторитель(Рис.1). В качестве активного элемента используется биполярный транзистор КТ943Д n-p-n типа(Рис.4).
Рис.4 Входные и выходные характеристики транзистора КТ943Д.
Справочные данные транзистора
С помощью формулы находим постоянную времени транзистора.
Найдём параметры элементов на основе справочных данных следующим образом:
объемное сопротивление базы
где - постоянная времени цепи внутренней обратной связи в транзисторе на ВЧ;
активное сопротивление эмиттера
Построение рабочей точки.
Для определения нагрузочной прямой по постоянному и переменному току найдем:
. Соединив точки ЕП=30В и Iнаг-=857А получим нагрузочную прямую по постоянному току на выходных характеристиках. Усилитель работает в режиме класса «А». В этом режиме рабочая точка не заходит в не линейный участок это соответствует: UКЭ0=142В Iб0=8мА UбЭ=071В Iко=500мА.
Далее определим переменный ток коллектора. Для построения нагрузочной прямой по переменному току находим:
Сопротивление эмиттера:
выберем RЭ=27 Ом (С2-23)
Сопртивление нагрузки по переменному току:
Определяем переменный ток коллектора:
Получаем нагрузочную прямую по переменному току на выходных характеристиках.
Из Рис.4 можно увидеть что в данной рабочей точке требуемый размах выходного напряжения обеспечивается
Так как усилитель работает в линейном режиме то мы можем описывать оконечный каскад системой Y – параметров.
- входная проводимость
- проводимость обратной связи с выхода на вход
- прямая проводимость с выхода на вход (крутизна)
- выходная проводимость
По входным и выходным вольт – амперным характеристикам (Рис.4) находим:
- коэффициент передачи по току
- емкость перехода коллектор – эмиттер
Находим проводимости:
Начинаем рассматривать каскад на различных частотах:
- монтажная емкость - входная проводимость следующего каскада
- входная емкость следующего каскада
Рис.5 Эквивалентная схема эмиттерного повторителя.
Рассмотрим область средних частот.
- можно пренебречь - можно пренебречь
Рис.6 Эквивалентная схема эмиттерного повторителя в области средних частот.
- коэффициент усиления на средних частотах без учёта действия ООС. В области средних частот коэффициент усиления не зависит от частоты.
где:- крутизна транзистора - проводимость в цепи эмиттера
- проводимость нагрузки. В области средних частот сопротивление то мы емкостью можем пренебречь
Проведя анализ с учётом ООС получим для области СЧ:
- коэффициент усиления на средних частотах с учётом действия ООС
Рассмотрим область низких частот.
В области низких частот сказывается . Следовательно ей мы пренебрегать не можем.
Рис.7 Эквивалентная схема эмиттерного повторителя в области низких частот.
- коэффициент усиления в области НЧ.
- коэффициент частотных искажений.
Рассмотрим область высоких частот.
В области высоких частот сказывается . Следовательно ей мы пренебречь не можем.
Рис.8 Эквивалентная схема эмиттерного повторителя в области высоких частот.
В области высоких частот в эквивалентной схеме эмиттерного повторителя появляется колебательный контур обуславливающий частотной зависимостью S1.
- коэффициент усиления в области высоких частот
- частотно зависимая крутизна
Расчет элементов термостабилизации:
- изменение обратного тока коллектора;(параметр для кремниевых транзисторов).
- внутреннее изменение смещения на эмиттерном переходе; E=1.1В (параметр для кремниевых транзисторов) Т - максимальная температура в Кельвинах;
- приращение коллекторного тока вызванное температурным изменением .
- изменение тока коллектора в рабочей точке.
Коэффициент нестабильности который должна обеспечивать схема температурной стабилизации:
Из ряда номинала выбираем ближайшие:
Тогда входное сопротивление каскада с учётом ООС равно:
- напряжение на входе 5-го каскада.
Находим номиналы элементов из ряда номинальных сопротивлений резисторов и ряда номинальных емкости конденсаторов.
Рис.9 Принципиальная схема выходного каскада с номиналами элементов.
Оценка нелинейных искажений
По входной и выходной характеристикам строим сквозную характеристику. Эта характеристика даёт возможность оценить нелинейность и представляет собой зависимость выходного тока (при заданной нагрузке каскада) от ЭДС источника входного сигнала. Для построения сквозной характеристики нужно построить нагрузочную прямую на выходных характеристиках при нелинейном токе. Величину ЭДС генератора с внутренним сопротивлением по переменному току Rген который обеспечивает на входе напряжение Uб находят из уравнения:
Зададим Rг=50Ом (Rг =50≤100Ом)
Для удобства построения заполним таблицу: Таблица 2.
Находим Uг по формуле: Uген=Uб+Iб~Rг
Строя зависимость Iк=φ(Uг) получаем сквозную динамическую характеристику каскада для определённой нагрузки и внутреннего сопротивления генератора. Следовательно она учитывает и свойства транзистора и параметры генератора.
Рис.10 Сквозная динамическая характеристика каскада.
По сквозной характеристике которая приведена на рис.10 находим коэффициент нелинейных искажений по третьей гармонике без учёта действия ООС:
Коэффициент нелинейных искажений с учётом ООС:
Зададимся коэффициентом асимметрии плеч схемы Х=05. Тогда коэффициент нелинейных искажений по второй гармонике:
Тогда общий коэффициент нелинейных искажений:
что намного меньше заданного коэффициента нелинейных искажений т.е. 0003011
3. Расчет 4-го каскада.(КПУ 3)
Схемная реализация каскада предварительного усиления представлена на Рис.2. Это схема усилителя на биполярном транзисторе включенном по схеме с общим эмиттером. Питание каскада возьмем порядка 29В предусматривая наличие в цепи питания RC цепочки подробный расчет приведен ниже в соответствующем разделе.
Исходные данные:UВЫХm.=24.4В RH=1304ОмЕП=29В.
Находим мощность транзистора который можно использовать в этом каскаде:
Выходя из этих расчетов можно сказать что в предоконечном каскаде можно использовать тот же транзистор что и на оконечном каскаде модели КТ943Д (n-p-n типа).
Так как каскад работает как усилитель класса А то рабочую точку выбираем в середине линейного участка – это соответствует UКЭ0=15В IКО=1050мА Iб0=15мА UбЭ=072В. Построим нагрузочную прямую по постоянному току на выходных характеристиках.
Рис.11 Входные и выходные характеристики транзистора КТ 943Д.
Через рабочую точку проведем нагрузочную прямую по постоянному току и из рис.11 находим постоянный ток коллектора:
Далее определим переменный ток коллектора для построения нагрузочной прямой по переменному току для этого находим:
Сопротивление нагрузки по постоянному току:
Сопротивление коллектора:
Эквивалентное сопротивление нагрузки (сопротивление нагрузки по переменному току):
Из Рис.11 можно увидеть что в данной рабочей точке требуемый размах выходного напряжения обеспечивается.
Усилитель работает в режиме класса «А». В этом режиме рабочая точка не заходит в не линейный участок. Так как усилитель работает в линейном режиме то мы можем описывать педконечный каскад системой Y – параметров.
По входным и выходным вольт - амперным характеристикам (Рис. 11) находим:
Определяем постоянную времени транзистора на ВЧ.
Коэффициент усиления каскада:
Расчет искажений на ВЧ.
для кремниевых транзисторов.
где - постоянная времени транзистора на ВЧ
Определим верхнюю частоту которую обеспечивает каскад при заданном уровне частотных искажений:
; ; ; - постоянная времени связанная с нагрузкой и коллекторной цепью;
- емкость коллекторного перехода.
- постоянная времени связанная с емкостью нагрузки и монтажа;
Примем СМ=5пФ – емкость монтажа.
- требуемый коэффициент усиления чтобы получить это значение введем последовательную ООС с частичным шунтированием сопротивления в цепи эмиттера это снизит коэффициент усиления до требуемого значения и увеличит верхнюю граничную частоту. Найдем необходимый фактор ООС:
Найдем необходимое значение
Емкость разделительного конденсатора и емкость в цепи эмиттера.
Распределим искажения на низких частотах между емкостью в цепи эмиттера и разделительной емкостью с учетом того что на усилительное устройство придется 5 разделительных и 4 эмиттерных емкостей:
Рассчитаем значение разделительной емкости
Рассчитаем значение емкости в цепи эмиттера:
Столь большое значение шунтирующей емкости в цепи эмиттера обусловлено низкой граничной частотой и требуемым уровнем искажений на низких частотах.
Расчет элементов термостабилизации.
- приращение коллекторного тока вызванное температурным изменением .
Расчет сопротивления делителя.
Зададим ток делителя Iдел=(3 5) IБО. ;
Входная емкость каскада:
Отрицательная обратная связь уменьшает входную емкость каскада в F-раз и увеличивает входное сопротивление транзистора в F-раз.
Входное сопротивление каскада:
Входное напряжение каскада равно:
Получаем схему с такими номиналами:
Рис.12 Принципиальная схема предоконечного каскада.
4. Расчет 3-го каскада.(КПУ 2)
Исходные данные:UВЫХm.=4.4В RH=118Ом СН=3036нФ ЕП=29В.
Под эти требования подходит транзистор КТ 603А n-p-n типа:
Рис.13 Входные и выходные характеристики транзистора КТ 603 А.
Зададимся падением напряжения на эмиттере:
Напряжение коллектор-эмиттер в рабочей точке:
где - напряжение начального нелинейного участка выходных характеристик транзистора. Примем в рабочей точке.
Зададимся током покоя коллектора:
На входной характеристике КТ 603А находим:
Через рабочую точку проведем нагрузочную прямую по постоянному току и из рис.13 находим постоянный ток коллектора:
Далее определим переменный ток коллектора для построения нагрузочной прямой по переменному току для этого находим
Переменный ток в цепи коллектора:
Усилитель работает в режиме класса «А». В этом режиме рабочая точка не заходит в не линейный участок это соответствует: UКЭ0=7В Iб0=15мА UбЭ=09ВIко=75мА. Получаем нагрузочную прямую по переменному току на выходных характеристиках.
Из Рис.13 можно увидеть что в данной рабочей точке требуемый размах выходного напряжения обеспечивается.
Так как усилитель работает в линейном режиме то мы можем описывать оконечный каскад системой Y – параметров
Расчет параметров транзистора.
Рассчитаем Y-параметры:
Из справочных данных:
где - постоянная времени транзистора;
- постоянная времени связанная с нагрузкой и коллекторной цепью;
Зададим ток делителя Iдел=(3 5) IБО. Iдел=3 IБО ; ;
Рис.14 Принципиальная схема третьего каскада.
5.Расчет 2-го каскада.(КПУ 1)
Исходные данные:UВЫХm.=079В RH=190Ом СН=03нФ ЕП=29В.
Находим мощность транзистора который можно использовать в этом каскаде.
Под эти требования подходит транзистор КТ 385 А n-p-n типа:
Рис.15 Входные и выходные характеристики транзистора КТ 385 А.
На входной характеристике КТ 385А находим:
Через рабочую точку проведем нагрузочную прямую по постоянному току из рис.15 находим постоянный ток коллектора:
Усилитель работает в режиме класса «А». В этом режиме рабочая точка не заходит в не линейный участок это соответствует: UКЭ0=7В Iб0=05мА UбЭ=075В Iко=80мА. Построим нагрузочную прямую по постоянному току на выходных характеристиках.
- требуемый коэффициент усиления чтобы получить это значение введем последовательную ООС с частичным шунтированием сопротивления в цепи эмиттера это снизит коэффициент усиления до требуемого значения и увеличит верхнюю граничную частоту. Найдем необходимый фактор ООС:
- приращение коллекторного тока вызванное температурным изменением.
Зададим ток делителя Iдел=(3 5) IБО.
Примем за сопротивление каскада большее из двух расчетных значений.
Рис.16 Принципиальная схема второго каскада.
6. Расчет входного каскада.
В качестве выходного каскада используется эмиттерный повторитель. Исходные данные:UВЫХ1.=0142В RH=23775Ом СН=280пФ ЕП=30В.
Под эти требования подходит транзистор КТ 340 А n-p-n типа:
Рис.17 Входные и выходные характеристики транзистора КТ 340 А.
Так как каскад работает как усилитель класса А то рабочую точку выбираем в середине линейного участка – это соответствует UКЭ0=15В Iко=7мА Iб0=01мА UбЭ=067В. Построим нагрузочную прямую по постоянному току на выходных характеристиках.
Через рабочую точку проведем нагрузочную прямую по постоянному току из рис.17 находим постоянный ток коллектора:
- входная проводимость следующего каскада
- входная емкость следующего каскада
Где:- крутизна транзистора - проводимость в цепи эмиттера
- проводимость нагрузки. В области средних частот сопротивление то мы емкостью можем пренебречь .
- коэффициент частотных искажений.
В области высоких частот в эквивалентной схеме эмиттерного повторителя появляется колебательный контур обуславливающий частотной зависимостью S.
- коэффициент частотных искажений
Определим входное сопротивление каскада с учётом действия ООС.
Рассчитаем значение разделительных ёмкостей:
Рис18 Принципиальная схема первого каскада.
7. Расчет фильтрующих цепей.
В спроектированном нами УНЧ есть 3 каскада где мы использовали НЧ коррекцию. - осуществляют развязку каскада в диапазоне усиливаемых частот и повышают устойчивость работы усилителя. Это каскады предварительного усиления (КПУ1 КПУ2КПУ3).
Фильтры в цепи питания были введены между пятым и четвертым четвёртым и третьим а также между третьим и вторым каскадами. Падения напряжения на них В В В.
мА – ток коллектора в рабочей точке транзистора четвёртого каскада.
мА – ток коллектора в рабочей точке транзистора третьего каскада.
мА – ток коллектора в рабочей точке транзистора второго каскада.
Тогда сопротивления будут равны:
Ом. По ряду номиналов возьмемОм.
Ом. По ряду номиналов возьмем Ом.
Емкости в цепи фильтров на частоте помехи Гц (частота питающей сети) и выше будут равны:
По ряду номиналов возьмем мкФ.
8. Расчет обратной связи
Рассчитываем коэффициент передачи обратной связи по переменному току:
где Kup – расчетные коэффициент усиления по напряжению
Kuoc – требуемый коэффициент усиления по напряжению.
Определим коэффициент петлевого усиления по переменному току:
Так как Roc1 влияет на входное сопротивление принимаем его много больше R2:
Выбираем резисторы соответственно С2-23 – 0.125Вт – 464кОм . и С2-23 – 0.125Вт – 324кОм .
Разобьём данный нам коэффициент нижних частотных искажений на 2 части:
Рассчитаем ёмкость конденсатора СОС2 по формуле:
Рассчитаем ёмкость конденсатора СОС1 по формуле:
Находим номиналы элементов из ряда номинальных емкостей конденсаторов.
В результате расчётов получаем схему УНЧ на транзисторах с такими номиналами (Приложение рис.1). Теперь можно приступить к определению размеров печатной платы.
9. Определение размеров печатной платы.
Плату изготовим из стеклотекстолита фольгированного СФ2-35-1.5 методом химического травления. Данный метод позволяет получить ширину проводника не менее 0.18мм. Выполним проводники шириной 0.5 мм т.к. это позволит облегчить технологический процесс при изготовлении платы.
Шаг координатной сетки выберем равным 1.25 мм.
Найдём размеры печатной платы XP*YP для размещения k=42 элементов заданной электрической схемы.
Данные по установочным размерам элементов представлены в табл.7.
Установочные размеры по ГОСТ 29137-91 мм
Каждый элемент с габаритными размерами XUi*YUi занимает на плате площадь
Площадь занимаемая элементами на плате составит
С учётом зазоров между элементами общую площадь для элементов электрической схемы можно представить как площадь функциональной поверхности SF:
где CZ-коэффициент заполнения или плотности упаковки элементов на плате. Выберем коэффициент заполнения равным CZ=0.25. Тогда
SF=SECZ=12820.25=5128 мм2
Размеры краевых полей X1X2Y1Y2 выбираются кратными шагу координатной сетки поэтому выберем значение 25 мм. Ширину зоны присоединения Xпр возьмём тоже 2.5 мм
Принимаем размеры печатной платы XPхYP=90х60мм соответствующие линейным размерам печатных плат по ГОСТ 10716-81. (См. Приложение таблица 1).
Рассчитаем размеры функционального узла по координате Z.
Рис. 19 Размеры печатного узла по координате Z.
Из рис. 19 определим
ZP=ZUmax+Z0+h=13+1+1=15мм
где h-толщина материала платы;
Z0-толщина пайки элементов со стороны печатных проводников.
Таким образом в ходе расчётов установлены окончательные размеры платы:
Общий коэффициент усиления усилителя на интегральных микросхемах:
Так как сопротивление нагрузки слишком мало из-за этого мы в оконечном каскаде используем эмиттерный повторитель.
В качестве микросхем в каскадах будет использоваться микросхемы типа К140УД1В.
При выборе микросхемы необходимо учитывать чтобы она обеспечивала запас по усилению на 20-30%. Микросхема должна также обеспечить необходимый уровень выходной мощности номинальное напряжение питания входное сопротивление. Данным требованиям удовлетворяет микросхема К140УД1В. Эта микросхема представляет собой операционный усилитель для усиления постоянного и переменного тока. Также микросхема способна заменить предварительный усилитель и входной каскад (усилитель). Ее параметры:
UИ.П.=±30В – напряжение источника питания.
КU=1350-8000 – коэффициент усиления напряжения.
RВХ=30кОм – входное сопротивление.
00 Ом – входное сопротивление ОУ без ОС
Для согласования с нагрузкой используем оконечный каскад (эмиттерный повторитель).
Так как выходное сопротивление каскада на данной микросхеме имеет значение почти на два порядка выше сопротивления нагрузки(1000 Ом – входное сопротивление ОУ без ОС а RН=35 Ом) а так же принимая во внимание то что микросхема на обеспечит требуемого выходного тока делаем вывод о том что требуется согласование применяем выходной каскад рассчитанный в транзисторном варианте как эмиттерный повторитель.
В усилителе будет использоваться однополярное питание следовательно необходимо специальная схема включения ОУ.
Схема включения одного ОУ представлена на рисунке ниже.
2.Расчет выходного каскада
В качестве выходного каскада используется эмиттерный повторитель(Рис.1). В качестве активного элемента используется биполярный транзистор КТ943Д n-p-n типа(Рис.23).
Рис.23 Входные и выходные характеристики транзистора КТ943Д.
Из Рис.23 можно увидеть что в данной рабочей точке требуемый размах выходного напряжения обеспечивается
Рис.24 Эквивалентная схема эмиттерного повторителя.
Рис.25 Эквивалентная схема эмиттерного повторителя в области средних частот.
Рис.26 Эквивалентная схема эмиттерного повторителя в области низких частот.
Рис.27 Эквивалентная схема эмиттерного повторителя в области высоких частот.
Рис.28 Принципиальная схема выходного каскада с номиналами элементов.
3.Расчет входного каскада.
Rос и R1 можно менять чтобы менялось усиление. Найдём Rос и R1 по формуле:
Зададим Rос и R1 сами чтобы обеспечить максимальный коэффициент усиления КU = 1556 т.е. тогда т.е. Rос=1566R1.
Зададим R1=300Ом тогда Rос=1566·300=46980Ом.
Номинальное значение Rос=47кОм.
Примем сопротивления резисторов плеч делителя равными кОм.
Для регулировки коэффициента усиления используем построечный резистор в цепи обратной связи включенный последовательно с постоянным резистором.
(ближайшее значение - 24 кОм)
Входное сопротивления каскада при инвертирующем включении равно:300Ом.
Выходное сопротивление равно:
где 1000 Ом – входное сопротивление ОУ без ОС
00 – коэффициент усиления ОУ без ОС.
Произведем расчет разделительных конденсаторов:
нФ (18нФ по ряду номиналов).
нФ (150нФ по ряду номиналов).
где RЭП=1304 Ом - входное сопротивление выходного каскада(ЭП).
В результате расчётов получаем схему УНЧ на ОУ с такими номиналами (Приложение рис.2). Теперь можно приступить к определению размеров печатной платы.
4. Определение размеров печатной платы.
Плату изготовим из стеклотекстолита фольгированного СФ1-35-1.5 методом химического травления. Данный метод позволяет получить ширину проводника не менее 0.18мм. Выполним проводники шириной 0.5 мм т.к. это позволит облегчить технологический процесс при изготовлении платы.
Найдём размеры печатной платы XP*YP для размещения k=14 элементов заданной электрической схемы.
Данные по установочным размерам элементов представлены в табл.9.
SF=SECZ=641750.25=2334мм2
Размеры краевых полей X1X2Y1Y2 выбираются кратными шагу координатной сетки поэтому выберем значение 25 мм. Ширину зоны присоединения Xпр возьмём тоже 2.5 мм.
Принимаем размеры печатной платы XPхYP=60х40мм соответствующие линейным размерам печатных плат по ГОСТ 10716-81. (См. Приложение таблица 1).
Рассчитаем размеры функционального узла по координате z.
Рис.29 Размеры печатного узла по координате Z.
Из рис.29 определим:
ZP=ZUmax+Z0+h=22+1+1=24мм
Таким образом в ходе расчётов установлены окончательные размеры платы: 60x40x24мм.
Площадь печатной платы транзисторного варианта усилителя больше варианта на ИМС число элементов приблизительно в три раза больше у варианта печатной платы на транзисторах.
Следовательно вариант усилителя на ИМС предпочтительнее ввиду его простоты при одинаковых параметрах усилителей.
Начертим плату в сборе усилителя низкой частоты на интегральных микросхемах
В результате расчетов были получены два варианта реализации схемы усилителя систем автоматики с заданным коэффициентом усиления К0=140 (так же обеспечен запас по усилению в обоих вариантах). Транзисторная схема состоит из пяти каскадов причем коэффициент усиления каждого не превышает 15 что вполне соответствует предварительному расчету усилителя при этом выходным является эмиттерный повторитель. При меньшем числе каскадов усиление некоторых из них придется делать значительно большим что может повлиять на устойчивость она может резко упасть и привести к самовозбуждению.
В результате сравнения габаритов печатных плат мы выяснили что оптимальным вариантом является усилитель с применением ИМС. Такой вывод напрашивается вследствие простой а главное дешевой реализации и затрат минимума времени на расчёт и физическое изготовление.
Проектирование усилительных устройств на транзисторах: Учебное пособие для вузов Г.В.Войшвилло В.И.Караванов и др. Под ред.Г.В.Вайшвилло. .- М.: Связь 1972.-184с.
Мамонкин И.Г. Усилительные устройства.-2-е изд.перераб. и доп.- М.: Связь 1977.-360с
Проектирование усилительных устройств. Под редакцией Н.В.Терпугова.-М.:Высшая школа1982.
Микросхемы для бытовой радиоаппаратуры. Справочник.-М.:Радио и связь1989.
Рис.1 СЭП 5 каскадного УНЧ на транзисторах
Линейные размеры печатных плат на жестком основании
по ГОСТ 10716-81.(Таблица 1)

УНЧ СБ на ОУ А2.cdw

*Размеры для справок
Монтаж вести согласно схеме электрической принципиальной.
Элементы установить по ГОСТ 29137-91
R6-R8 по варианту 140.02.0201.00.00
R5 по варианту 390.00.0000.00.00
- конденсаторы C1-C3 по варианту 140.02.0202.00.00.
- микросхемы DA1 370.18.1102.00.00.
- транзисторы VT1 по варианту 211.00.0000.00.00
Паять припоем ПОС-61 ГОСТ 21931-76
флюс ФКС ОСТ.4Г0.033.000.
Проводники и контактные площадки условно не показаны.
Маркировка элементов показана условно.
Плату покрыть лаком Ф1-582 ТУ 6-10-1236-74 с обоих сторон
Остальные технические требования по ОСТ 4Г0.070.015
Усилитель низких частот
на операционном усилителе

СЭП на ОУ А1.cdw

Усилитель низких частот
на операционном усилителе
Схема электрическая принципиальная

Перечень элементов УНЧ на ОУ.cdw

Усилитель низких частот
на операционном усилителе
% х40В ГОСТ-56-35-70
% х 40В ГОСТ-5635-70
К140 УД1В 6КО.348.025 ТУ01
КТ943Д ААО.336.170.ТУ
Разъёмы комутационные

спецификация УНЧ на ОУ 2.cdw

КТ943Д ААО.336.170.ТУ
Припой ПОС-61 ГОСТ 21931-76
Флюс ФКС ОСТ 4ГО.033.000
Разъёмы комутационные
Краска маркировочнаяМКЭ4
Лак Ф1-582 ТУ 6-10-1236 ТУ

плата на ОУ А2.cdw

* Размеры для справок.
Плата должна соответствовать ГОСТ 23751-86
Класс точности 1 по ГОСТ 23751-86.
Шаг координатной сетки 1
Конфигурацию проводников выдерживать по координатной сетке
с отклонением от чертежа
между проводниками 0.5мм.
Параметры отверстий в таблице.
Позиционные обозначения элементов
соотвествуют номерам на схеме
электрической принципиальной
Надписи выполять шрифтом 2 по ОСТ4ГО.010..007 краской мар-
кировочной МКЭ4 белого цвета.
Остальные технические требования по ОСТ4ГО.070.014.
Усилитель низких частот
на операционно усилителе
Вид со стороны установки элементов
Вид со стороны печатных проводников

Спецификация УНЧ на ОУ 1.cdw

Усилитель низких частот
на операционном усилителе
Схема электрическая принципиальная
Чертёж платы печатной
К140 УД1В 6КО.348.025 ТУ01

СЭП на ОУ А2.cdw

Усилитель низких частот
на операционном усилителе
Схема электрическая принципиальная

плата УНЧ ТВ А2.cdw

* Размеры для справок.
Плату изготовить химическим методом.
Плата должна соответствовать ГОСТ 23751-86
Класс точности 1 по ГОСТ 23751-86.
Шаг координатной сетки 1
Конфигурацию проводников выдерживать по координатной сетке
с отклонением от чертежа
между проводниками 0.5мм.
Параметры отверстий в таблице.
Позиционные обозначения элементов
соотвествуют номерам на схеме
электрической принципиальной
Надписи выполять шрифтом 2 по ОСТ4ГО.010..007 краской мар-
кировочной МКЭ4 белого цвета.
Остальные технические требования по ОСТ4ГО.070.014.
Усилитель низких частот
Вид со стороны установки элементов
Вид со стороны печатных проводников

Перечень элементов УНЧ ТВ.cdw

Усилитель низких частот
% х40В ОЖО 464.233.ТУ
% х 40В ОЖО 464.233.ТУ
% х40В ОЖО 460.107.ТУ
С2-23 ОЖО.467.164.ТУ
С2-23-0.125-1.17 кОм

СЭП ТВ А2.cdw

Усилитель низких частот
Схема электрическая принципиальная

СЭП ТВ А1.cdw

Усилитель низких частот
Схема электрическая принципиальная

Перечееь эл-в УНЧ ТВ 2.cdw