Погрешности ПУ, вызванные влиянием температуры

1) Погрешность от дрейфа е_см.

Наличие напряжения смещения на выходе ОУ, вызванное его не идеальностью, приводит к возникновению погрешности выходного напряжения ПУ:

,

Где ∆Т=T_max – T_o = 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 ∆U_н/U_н= 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 Р_н= 3 мкВт;

- сопротивление нагрузки R_н= 332 Ом;

- частота сигнала f_н=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 R_э делится на две части – R_э¢ и R_э². Величины данных сопротивлений принимаются равными:

R_э² = 0.1·R_э; R_э¢ = R_э – R_э².

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:

;

R_{вх β} = R_вх ·(1+K_u·β”); R_{вых β} = R_вых + R_э²·(1+K_u·β”);

K_{I β} = K_{U β}·R_{вх β}/R_н; K_{Р β} = K_{U β}∙ K_{I 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 γ_н;

- коэффициент нелинейных искажений двухтактного усилителя мощности γ_2УМ;

- коэффициент нелинейных искажений однотактного усилителя мощности γ_1УМ;

- коэффициент нелинейных искажений предварительного усилителя γ_ПУ.

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:

K_Ysin = K_2УМ·K_1УМ·K_{Uβ ПУ}

Тогда коэффициент передачи звена общей обратной связи будет равен:

,

а сопротивление резистора R_ос:

.

Если полученное значение сопротивления R_ос не удовлетворяет условию: R_ос >> R_н (R_ос » 10R_н), 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 R_ос:

K_Ysin = (K_2УМ·K_1УМ·K_{Uβ ПУ})∙K_ПУ;

;

Величина R_ос увеличивается в (K_ПУ)ⁿ раз, где n - число дополнительно введенных каскадов предварительного усиления.

Коэффициент усиления по напряжению усилителя синусоиды с учетом обратной связи рассчитывается по формуле:

K_β = K_Ysin/(1+β·K_Ysin).

Напряжение на входе усилителя синусоиды определяется по формуле: U_{вх m} = U_н/K_β.

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.