6.2.1. Методические указания по расчету электронного усилителя
Схемы однокаскадного усилителя ОЭ и ОК, а также усилителя на ОУ приводят, как было указано в разд. 1, с обозначениями порядковых номеров элементов усилителя. В случае схемы на ОУ приводят также тип ОУ и номиналы рассчитанных резисторов, при этом допускается упрощенное (без дополнительных полей и номеров выводов) обозначение ОУ.
1. Расчет коэффициентов усиления, входного и выходного сопротивлений однокаскадного усилителя на транзисторе
Свойства транзисторов в рабочем (динамическом) режиме оцениваются по их характеристическим параметрам, представляющим собой величины, которые устанавливают связь между малыми изменениями токов и напряжений. Наиболее распространена система h-параметров, выражающая функциональную зависимость между входными и выходными напряжениями и токами.
Все h-параметры имеют определенный физический смысл: h11 – входное сопротивление транзистора при короткозамкнутом выходе; h12 – коэффициент обратной связи по напряжению при разомкнутом по переменному току входе; h21 – коэффициент передачи тока при короткозамкнутом выходе; h22 – выходная проводимость при разомкнутом по переменному току входе.
Часто h-параметры определяют по семейству входных и выходных характеристик транзистора. При этом коэффициенты усиления KU, KI определяют через h-параметры транзистора в зависимости от схемы его включения. Чтобы определить коэффициенты усиления, используют схемы замещения каскадов, для которых составляют по законам Кирхгофа уравнения и выражают из них нужные отношения напряжений и токов:
а) расчет каскада ОЭ
– коэффициент усиления по напряжению
,
– коэффициент усиления по току
,
– коэффициент усиления по мощности
KP = KU KI,
– входное сопротивление усилителя
,
– выходное сопротивление усилителя
Rвых.у = KU h11/h21;
б) расчет каскада ОК
– коэффициент усиления по напряжению
,
– коэффициент усиления по току
,
– коэффициент усиления по мощности определяется как и для схемы ОЭ,
– входное и выходное сопротивления соответственно
.
2. Расчет коэффициентов усиления, входного и выходного сопротивлений масштабного усилителя на ОУ
Масштабными называют усилители, имеющие точное нормированное значение коэффициента усиления. Выделение масштабных усилителей в специальный класс устройств несколько условно и характеризует только то, что к значениям их основных параметров и их стабильности предъявляют повышенные требования. Эти требования относятся в первую очередь к ОУ, качество которых практически и определяет качество усилителя в целом. В прил. 7 приведены некоторые типы ОУ.
Зачастую ОУ, охваченные цепями ОС, можно считать идеализированными и пренебрегать его входным и выходным сопротивлениями. Одновременно можно считать коэффициент усиления напряжения разомкнутого (не охваченного цепями ОС) ОУ KуU . Эти допущения не вносят существенных погрешностей, но позволяют быстро и легко определить коэффициенты усиления масштабных усилителей:
а) расчет инвертирующего усилителя
– коэффициент усиления по напряжению
KU = –R2 / R1,
– входное сопротивление усилителя практически целиком определяется входным сопротивлением R1
Rвх.у = R1,
– выходное сопротивление усилителя
,
где Rвых – выходное сопротивление ОУ. При отсутствии справочных данных Rвых можно приближенно определить
,
где Uпит – напряжение питания ОУ;
Uвых.max – максимальное выходное напряжение ОУ;
Rн min – минимальное сопротивление нагрузки ОУ.
Эти три параметра выбираются из прил. 7 на данный тип ОУ.
– коэффициент усиления по току
,
– коэффициент усиления по мощности
KP = KU KI ;
б) расчет неинвертирующего усилителя
– коэффициент усиления по напряжению
KU = R2 / R1+1,
– входное сопротивление
,
где Rвх – входное сопротивление ОУ,
– выходное сопротивление определяется так же, как и для инвертирующего усилителя,
– коэффициент усиления по току
,
– коэффициент усиления по мощности определяется как и для инвертирующего усилителя.