Электронные цепи и микросхемотехника. Разработка малосигнального УНЧ. Синтез ФВЧ на базе операционного усилителя, страница 3

Влияние оказываемое сопротивление источника каскада:

Построив и рассчитав три усилительных каскада, строим общую схему усиления и находим коэффициент усиления:

Для того чтобы схему можно было реализовать практически, берем номиналы сопротивлений из ряда Е24:

Рис 1.15.Общая схема усилителя

Рис 1.16 Uвх(t) и Uвых(t) при частоте f=1Kгц

Uвх(t)макс=10мА

Uвых(t)макс=957мА

Следовательно коэффициент усиления всей схемы равен

Коэффициент усиления по току равен:Рис 1.17. Коэффициент усиления по току

Рис 1.18 ЛАЧХ

Так как схема комплементарного усилителя имеет кондесаторы, то на низких частотах  присутствует подъем ЛАЧХ. Заметим, что в рабочих частотах входного источника схема выдает практически равномерное усиление.

Рис 1.21 Амплитудные значения выходного сигнала при температурах

-10…70⁰С

Судя по графику, данная модель имеет высокую термостабильность. Выходной сигнал изменяется со скоростью -0.2mB/K

Рис 1.22. Выходной сигнал, разложенный в ряд Фурье по частотам при входном синусоидальном сигнале с частотой f=1КГц

Судя по графику можно сказать о том, что выходной сигнал имеет незначительное число высших гармоник

Определим амплитуды высших гармоник и найдем коэффициент гармоник

 

Определим мощности, рассеиваемые на резисторах, узнав токи в статическом режиме при помощи Orcad 9.1

 

Мощность выходного сигнала      

Так как потребляемый от источника питания ток I_и является пульсирующим током с амплитудой I_кm, его среднее значение

.

Мощность, потребляемая от источника питания .

КПД каскада

2.2. Синтез преобразователя аналоговых сигналов

на базе операционного усилителя

Исходные данные:

1.  Функция, реализуемая преобразователем:

2.  Параметры преобразователя:

входное сопротивление, не менее: 200 кОм минимальное сопротивление нагрузки: 10 Ом

3.  Параметры входного сигнала амплитуда: -1…1 В

частота:       0…5 Гц

По условию необходимо реализовать функцию, следовательно, для синтеза преобразователя необходимы: неинвертирующее устройство на ОУ с коэффициентом усиления 5, дифференцирующее устройство на ОУ с постоянной времени дифференцирования  и сумматор на ОУ. В следствии того, что дифференциатор на операционном усилителе инвертирует сигнал, то для получения требуемой функции преобразователя используем вычитатель, который позволит вычесть инвертированный сигнал с дифферинциатора, поданный на минус ОУ, то есть сложит неинвертированный сигнал с входным, что и требуется по заданию. В соответствии с заданием входное сопротивление преобразователя , минимальное сопротивление нагрузки . Требуемые параметры преобразователя не накладывают особых ограничений на применяемые ОУ, поэтому выберем ОУ LM675.

Схема синтезированного аналогового преобразователя представлена на рис.2.1.

 

Неинвертирующий усилитель реализован на элементах DA1, Rд1, R11.

Коэффициент усиления равен 5. Так как Rд1=500кОм, то  R11:

Так же включим в цепь операционного усилителя сопротивление смещения, которое определяется опытным путем:

Дифференциатор реализован на элементах DA2, Rд2, R12, C12. Постоянная времени дифференцирования определяется как

Примем R12=500кОм и определим С12:

.

Демпфирующий резистор Rд2 выберем много меньше R12, Rд2=5 kОм.

Вычитатель выполнен на DA3, R13, R3, R4, R5. Примем R13=R3=R4=R5=100кОм.

Рассчитаем необходимое напряжение питания, исходя из того, что U_выхmax при подаче на вход синусоидального напряжения с частотой f=5 Гц и амплитудой 1В, на выходе будет напряжение:

 

U_выхmax=3,14В. C учётом области насыщения ОУ выберем напряжение питания Uп=±30В.

По рассчитанным параметрам и выбранным элементам составим модель преобразователя в системе OrCAD и произведём моделирование: