Расчет предварительного усилителя

4.2 Расчет предварительного усилителя

 

Изначально необходимо расчитать коэффициент усиления по напряжению предварительного усилителя по формуле

А = К_Uобщ / К_U (4.18)

Где К_Uобщ – коэффициент усиления по напряжению всего усилителя мощности.

К_Uобщ = U_ВЫХ / U_ВХ =1 / 0,1=10 (4.19)

А=10 / 0,48 =20,83

Расчет фильтра производим по методике [1] согласно которой сначала выбираем конденсатор С1 из условия:

С1= 10^-5 / f_СР (4.20)

Где f_СР=f_В –частота среза фильтра.

С1=10^-5 / 500 = 20*10^-9 (Ф)

Выбираем С1: К72П-3 22 (нФ)

Емкость конденсатора С2 расчитывается по формуле:

С2 = (А-1+в²/4с )*С1 (4.21)

Где с и в – коэффициенты для фильтра Баттерворта второго порядка (из [таблица 3.1:1]). в=1,414 ; с=1

С2=0,4*10^-6 (Ф)

Выбираем С2: К 70-8 0,4(мкФ)

Сопротивление R1 рассчитаем из условия:

R1 = (1/p*f_C C1) / (в+Ö(в² + 4*с*(А-1-С2/С1 )))=12400 (Ом) (4.22)

Выбираем R1: МЛТ –0,125 12 (кОм)

Сопротивление R2 определяется как

R2=1/(c*C1*C2*R1*(2*p*f_C)²) = 1021 (Ом) (4.23)

Выбираем R2 : МЛТ –0,125 1 (кОм)

Исходя из значения коэффициента усиления А рассчитаем значения сопротивлений резисторов R3 и R4.

R3 = А*(R1+R2)/(А-1)= 13655 (Ом) (4.23)

Выбираем R3 : МЛТ - 0,125 13 (кОм)

R4 = А*(R1+R2) = 270790 (Ом) (4.24)

Выбираем R4 : МЛТ – 0,125 270 (кОм)

	Схема усилителя-фильтра
		Рис 2.2

 

 

4.3 Расчет токов в цепях предварительного усилителя

Для расчета токов выберем ОУ применяемый в предварительном каскаде К140УД7. И оновременно проверим возможность его эксплуатации в данной роли. Его характеристики:

U_ПИТ =± 12 (В) I_ВХ = 200 (нА)

R_ВХ = 3 (МОм) I_ПОТ=2,8 (мА)

K_{У U} =50000  f_КР =0,8 (МГц) I_ВЫХ=30 (мА)

Ввиду того, что входное сопротивление велико входным током ОУ можно пренебречь.

Расчет токов произведем на частоте f_В­ и для нее расчитаем реактивное сопротивление конденсаторов С1 и С2.

Х_С1 = 1/(2*p* f_В­*С1) = 16000 (Ом) (4.25)

Х_С2 =1/(2*p* f_В­*С1) = 795 (Ом) (4.26)

Для расчета токов составим схему замещения рис 4.3.

На схеме:

U_ВХ = 0,1 (В); U_{ВЫХ ОУ} = U_ВХ * А = 2,083 (В)

 R1’= R1=12 (кОм); R2=R2+Х_С2 =1000+795=1795 (Ом)

R3’=Х_С1=16 (кОм); R4’= R3 + R4 = 283 (кОм)

По законам Кирхгофа составим систему уравнений

I₁ + I₃ – I₂ = 0

I₁*R1+ I₂*R2 = U_ВХ

I₂*R2+ I₃*R3=U_{ВЫХ ОУ}

I­₄*R4= U_{ВЫХ ОУ}

 

решив данную систему получили следующие значения токов:

I₁= 8 (мкА) I₂= -110 (мкА) I₃= -118 (мкА)

I₄= 7,36 (мкА)

Полученные токи, которые в 40 раз превосходят входной ток ОУ, но в 7 раз меньше максимального выходного, позволяют считать расчет верным т.к входной ток ОУ практически не оказывает влияния на токи в цепях предварительного усилителя-фильтра, а выходной ток не превышает максимально допустимый.

	Эквивалентная схема для расчета токов

 

 

	Рис 4.3

 

Выводы

Расчитав схему усилителя мощности убедился, в том, что с применением операционных усилителей можно создавать малогабаритные устройства с хорошими характеристиками и малым числом дискретных элементов. Расчитанный усилитель обладает всеми параметрами представленным в задании и обеспечивает на активной нагрузке сопротивлением 1 Ом выходную мощность 1 Вт, при амплитуде входного напряжения 0,1 В, усилитель работает в частотном диапазоне 50…500 Гц и обеспечивает спад АЧХ на границах не менее 20 Дб/дек.

Данный усилитель построен с применением в качестве предъварительного усилителя-фильтра схемы фильтра НЧ Батерворта второго порядка. В качестве выходного каскада был применен двухтактный каскад на комплиментарных транзисторах, работающих в режиме А-В.

Запитывается усилитель от двуполярного источника питания с выходным напряжением ± 12 (В).

Литература

[1] “Интегральная электроника в измерительных устройствах” – Л,: Энергоатомиздат, 1988,- 304 с,: ил

[2] Хоровиц П., Хилл У., “Искуство схемотехники” пер. с англ.-М: Мир, 1983.-Т.1.598 с., ил.

[3] М.Н. Дьяконов, В.И. Кабабанов. – М.: Радио и связь,1983.-576с., ил

[4] А.Л. Булычев, В.Н. Галкин. “Аналоговые интегральные схемы”.- Минск., Беларусь; 1993

[5] “Справочник по транзисторам” / К.М. Брежнева, Е.И. Гатман и др. – М.радио и связь, 1981.-656с., ил

[6] “Диоды”: Справочник/А.В. Баюков, А.А. Зайцев.-М.: энергоатомиздат, 1982.- 744с.,ил