Принципиальная схема резисторного каскада предварительного усиления гармонических сигналов на биполярном транзисторе, страница 3

Номер варианта	6
Коэффициент усиления ОУ КU, раз	1•105
Максимальный выходной ток I вых мах, А	2,5•10-3
Максимальная амплитуда выходного сигнала U+ вых , В	10
Частота единичного усиления f 1, МГц	1
Выходное сопротивление R0, Ом	150
Расчетный коэффициент усиления КUF, раз	1000
Cопротивление источника сигнала Rг, Ом	300

Решение:

1.  Принципиальная схема инвертирующего усилителя на ОУ имеет следующий вид:

2.  Расчет начнем с определения сопротивления резистора защиты R4. С помощью резистора R4 осуществляется защита ОУ в случае короткого замыкания нагрузки.  Определяем данное сопротивление согласно следующей формулы:

R₄ = U ⁺_вых / I _{вых max},

Где U ⁺_вых - максимальная амплитуда выходного сигнала;

        I _{вых max} – максимальный постоянный выходной ток.

R₄ = U ⁺_вых / I _{вых max} = 10 / 2,5•10^-3 =  4•10 ³ = 4 [кОм];

Из шкалы ГОСТа выбираем ближайший к расчетному номинал R₄ =  3,9 ± 5%[кОм].

3.  Рассчитаем сопротивление резистора R3. При расчете нужно учесть, что R3 не должно шунтировать нагрузку и должно быть выбрано возможно меньшей величины, чтобы обеспечить минимальные фазовые искажения в цепи ОС:

 R₃ = (20 … 85) R4 = (20 … 85) 3,9•10 ³ = (78 … 331,5) [кОм];

Сопротивление резистора R3, учитывая значения шкалы ГОСТа, выберем  равным 330 [кОм].

Чтобы не дебалансировать ОУ за счет малых, но имеющих место входных токов, выбирают:          R2 = R3 =330 [кОм];

Резисторы R2 = R3 ставятся для симметрирования входов по постоянному току.

4.  Для того чтобы получить заданный в условии коэффициент усиления, необходимо обеспечить следующий коэффициент передачи цепи ООС:

В= (К_U - К_UF)/ К_U• К_UF =(1•10⁵ - 1•10³ )/ 1•10⁵ • 1•10³ =0,99•10^-3;

5.  Определим значение сопротивления резистора R1. С помощью резистора R1 задается необходимый коэффициент передачи цепи ООС:

R1=(ВR_г + ВR₃ - R_г ) / (1-В),

где R_г - сопротивление источника сигнала;

 | R₁| = (ВR_г + ВR₃ - R_г ) / (1-В)  =(0,99•10^-3• 300 + 0,99•10^-3• 330 10³ - 300 ) / (1- 0,99•        • 10^-3) = 27,02 [Ом];

Из шкалы ГОСТа выбираем ближайший к расчетному номинал R₁ =  27 ± 5%[Ом].

6.  Рассчитаем значения входного R_вх и выходного R_вых сопротивлений и входной емкости С_вх:

R_вх = R3/ К_U + R1 = 330 10³ /1•10⁵  + 27 = 30,3 [Ом];

R_вых = R₀/ ВК_U + R4 = 150/ 0,99•10^-3•1•10⁵ + 3,9•10³ = 39001 = 39,001 [кОм];

С_вх С_пр• К_U=1•10^-12•1•10⁵=  1•10^-7= 10[мкФ],

где С_пр1Пф –проходная емкость R3.

7.  Определим частоту полюса. Для этого построим АЧХ ОУ в логарифмическом масштабе:

где f₁=1 МГц – частота единичного усиления (частота, на которой К_u уменьшается до единицы)

На оси ординат отметим заданный коэффициент усиления К_UF =1000 раз, проводим прямую до пересечения с АЧХ, опускаем перпендикуляр на ось абсцисс, полученное значение f _р = 10³ Гц и есть частота полюса.

АЧХ спроектированного усилителя ограничивается горизонтальной пунктирной линией и скосом АЧХ.

8.  Определяем максимально допустимую амплитуду входного сигнала ±U_{вх max}. Она зависит только от максимальной амплитуды выходного сигнала ±U_{вых max} и коэффициента усиления ОУ с ООС:

±U_{вх max} = ±U_{вых max} / К_UF =10/ 1000 = 0,01=10 [мВ]

9.  Сквозная глубина ООС находится по формуле:

F= К_U / К_UF  = 1•10⁵ / 1•10³ =100.

10.  Итак, приведем принципиальную схему инвертирующего усилителя на операционном усилителе с рассчитанными параметрами элементов схемы:

Список литературы:

1.       Методические указания и задание на контрольную работу по курсу «Усилительные устройства» (специальность 0708).Составитель Самарин М.С.-М, 1990.

2.       Травин Г.А. Основы схемотехники устройств радиосвязи, радиовещания и телевидения Ч.1. - Новосибирск, 2001.

3.       Травин Г.А. Основы схемотехники устройств радиосвязи, радиовещания и телевидения Ч.2. - Новосибирск, 2002.