3.2Расчет элементов и параметров каскада промежуточного усиления

Каскад промежуточного усиления должен обеспечивать размах выходного напряжения на нагрузке сопротивлением

в полосе частот (20-20)10 при входном сигнале 30 мВ и входном сопротивлении 110кОм.

Если учесть, что параметры усилителя могут изменяться при изменении температуры окружающей среды, то необходимо иметь коэффициент усиления по напряжению в несколько раз больше минимального значения:

Предъявленным условиям должен удовлетворять быстродействующий широкополосный операционный усилитель типа К154УД4[1], имеющий следующие параметры:

Таблица 3

Наименование параметра	К154УД4
Напряжение питания
Напряжение смещения	6
Входной ток	100
Выходное напряжение	11
Коэффициент усиления	62
Коэффициент подавления синфазного сигнала	72
Входное сопротивление	1
Потребляемая мощность	210
Частота единичного усиления	20

Коэффициент усиления ОУ на постоянном токе составляет или .Так как крутизна спада АЧХ ОУ составляет 20 дБ/дек, то это означает , что при увеличении частоты сигнала в 10 раз коэффициент усиления ( начиная с некоторой частоты) будет падать ровно в 10 раз и на частоте f₁=20МГц достигнет значения

Таким образом , на частоте f₁=20МГц - ;на f₂=2МГц- ; на f₃=200МГц- ; на f₄=2МГц- и так далее до достижения частоты , на которой будет достигнут максимальный коэффициент усиления .Процесс изменения коэффициента усиления наглядно отражается на его АЧХ, построенной в логарифмическом масштабе на рис. 3

Рис.3.АЧХ операционного усилителя типа К154УД4

Из АЧХ выбранного ОУ следует, что на верхней частоте усиливаемого сигнала fв= 20кГц коэффициент усиления напряжения ОУ равен приблизи­тельно 750, то есть имеется запас по этому параметру, минимальное значение

которого равно .

Значение сопротивления резистора R₂ выбираем исходя из заданного в ТЗ значения входного сопротивления:

откуда

Выбираем из справочника [2] R₂ = 120 кОм.

Для того чтобы уменьшить влияние входных токов ОУ, следует выбрать сопротивление резисторов (если их несколько, то их параллельное соедине­ние), подключённых к каждому входу, приблизительно одинаковыми. Исхо­дя из этого условия и полагая, что установка сопротивления местной обрат­ной связи R₄ не эффективна, так как запас по коэффициенту усиления неве­лик, выбираем значение сопротивления общей обратной связи R₃=R₂=120 кОм.

Формула коэффициента усиления всего усилителя мощности, охвачен­ного общей отрицательной обратной связью, имеет следующий вид:

Из этой формулы находим значение R₁:

Выбираем из справочника [2] R₁ = 270 Ом.

Сопротивление местной отрицательной обратной связи выбираем вдвое

большим сопротивления R₃=R₄= 240 кОм.

Полагая отклонение сопротивления резисторов равным 10%, подсчиты­ваем нестабильность коэффициента усиления:

Задаёмся отклонением сопротивлений 5%:

При использовании резисторов в цепи обратной связи с отклонениями 5% требования к стабильности усилителя соблюдаются.

3.3Расчёт и выбор номиналов резисторов и конденсаторов

Номинальные значения всех резисторов выбраны в предыдущих разде­лах. Осталось определить их по мощности, допуску и типу.

Полагаем, что допуски всех резисторов, кроме резисторов общей обрат­ной связи равны 5%, а допуск на резисторы общей обратной связи должен быть меньше - 2%.

Мощность рассеяния резистора определяется по формуле:

Все расчёты и данные резисторов сведены в табл. 4

Обозначение	Номинал				Допуск	Тип
R₁	270 Ом	30мВ	3,3мкВт	0,125Вт	1%	С2-29
R₂	120кОм	30мВ	75 мкВт	0,125Вт	5%	С2-33
R₃	120кОм	13,4В	1,5мВт	0,125Вт	1%	С2-29
R₄	240кОм	6,7В	0,187мВт	0,125Вт	5%	С2-33
R₅	6,2кОм	23,4В	88 мВт	0,125Вт	5%	С2-33
R₆	6,2кОм	23,4В	88мВт	0,125Вт	5%	С2-33
R₇	6,8Ом	100мА	6,8мВт	0,125Вт	5%	С2-33
R₈	6,8Ом	100мА	6,8мВт	0,125Вт	5%	С2-33
R₉	68Ом	6,7В	0,66Вт	1Вт	5%	С2-33
R₁₀	68Ом	6,7В	0,66Вт	1Вт	5%	С2-33

Значения емкостей разделительного и блокировочного конденсаторов С₁ и С₂ рассчитываются исходя из допустимых частотных искажений на нижней

частоте входного сигнала.

Коэффициент влияния на частотные искажения в случае применения од­ного разделительного и одного блокировочного конденсаторов определяется исходя из заданного коэффициента искажений М_н = следующим обра­зом:

Ёмкость разделительного конденсатора определяется по формуле:

Ёмкость блокировочного конденсатора определяется по формуле:

Выбираем из справочника С₁=220пФ, С₂=62нФ типа К50-35-25В