Расчет промежуточного каскада.

 

Схема этого каскада изображена на схеме рис. 4.2. Тип ОУ для 2-го промежуточного каскада усиления приняты в подразделе 4.1.

 

 

 

Рис. 4.3. Схема промежуточного

каскада.

 

 

Определим сопротивление резистора :

 

 

 

Принимается переменное сопротивление номинального значения (5 10кОм), .

Коэффициент усиления по напряжению промежуточного каскада принимается равным согласно выше приведённым расчётам. Исходя из этого значениям, производится расчет сопротивления .

 

 

Принимается сопротивление резистора номинального значения.

 

 

Затем уточняется величина коэффициента передачи по напряжению схемы 1-го промежуточного каскада

 

Рассчитывается сопротивление резистора :

 

 

Принимается сопротивление резистора номинального значения .

 

Логарифмическая амплитудно-частотная характеристика каскада.

 

Согласно заданию требуется привести ЛАЧХ для одного из каскадов усилителя мощности. Для промежуточного каскада усилителя на ОУ К140УД8, из [1] приводится ЛАЧХ усилителя. Коэффициент передачи схемы по напряжению равен . Для этой величины проводится нагрузочная линия, которой соответствует значение

 

Рис. 4.4. Логарифмическая амплитудно-частотная характеристика

промежуточного каскада усиления.

 

 

Полный расчет схемы усилителя мощности.

 

Оценка усилительных свойств схемы.

 

Рассчитаем коэффициент передачи по напряжению всей схемы УМ

 

 

Рассчитаем относительную погрешность усиления:

 

 

 

Рассчитанное значение относительной погрешности не превышает допустимого значения в 5%.

 

 

Расчёт емкостей разделительных конденсаторов.

 

Для развязки по постоянному току источника сигнала и усилителя используются разделительные конденсаторы. Перед нагрузкой ставить разделительный конденсатор не имеет смысла, так как в режиме покоя на выходе схемы имеет место нулевой потенциал. При наличии n = 2 разделительных конденсаторов в УМ заданный коэффициент частотных искажений необходимо поделить поровну между всеми цепями, создающими НЧ-искажения

где подставляется в формулу в относительных еденицах,

 

 

Ёмкость разделительного конденсатора находится из выражения постоянной времени для области нижних частот

 

когда

 

 

Принимается емкость конденсаторов номинального значения

 

 

Проверка работы в области верхних частот.

 

Снижение АЧХ УМ в области верхних частот обусловлен частотными искажениями каскадов на ОУ и бустера, а также влиянием ёмкости нагрузки.

Коэффициент частотных искажений на верхней граничной частоте равен произведению коэффициентов каждого каскада УМ.

 

где – коэффициенты частотных искажений каскадов схемы и цепи нагрузки .

В случае, когда в качестве активных элементов схемы используются ОУ и имеет место , то каскады на ОУ не оказывают влияния на ВЧ-искажения, т.е.

 

 

Коэффициент частотных искажений бустера в ВЧ-области определяется следующим образом:

 

 

Коэффициент частотных искажений, определяемый влиянием цепи нагрузки в области ВЧ, рассчитывается по формуле:

 

 

 

 

 

Теперь рассчитываем результирующее значение коэффициента частотных искажений в ВЧ-области: . Его величина меньше заданного значения .

 

Расчёт КПД.

 

Схема выходного каскада УМ работает в режиме класса АВ. Рассчитывается коэффициент полезного действия схемы

 

 

где максимальная мощность полезного сигнала.

 

 

потребляемая мощность при данном режиме.

 

 

 

Полученное значение коэффициента полезного действия не

превышает значения 20%.

 

 

Расчёт фильтров в цепях питания операционных

Усилителей.

 

Поскольку напряжение источника питания схемы значительно превышает допустимое напряжение питания операционных усилителей одного и промежуточных каскадов, то избыточное напряжение необходимо «погасить» с помощью фильтров в каждом из каскадов. Целесообразно включить фильтр для каждого ОУ, т.к. включение общего фильтра для всех ОУ потребует резистора с большим значением допустимой мощности ввиду большого проходящего через него тока. Поэтому принимаются фильтры в цепях питания каждого ОУ. Фильтры рассчитываются так, чтобы напряжение питания для каждого было одинаковое . Если ОУ одинаковые, то они имеют одинаковые токи потребления, то проводится расчет одной схемы фильтра, т.е. рассчитываются один резистор и один конденсатор в каждой цепи питания ОУ . На рис. 5.1. изображена схема 3-х каскадов УМ с фильтрами в цепях питания ОУ.

Как уже ранее было отмечено, входной и выходной каскады предварительного усиления УМ построены на ОУ (это видно из схемы рис. 5.1).

Рис. 5.1. Фильтры в цепях питания ОУ.

 

Для схемы принято напряжение источника питания

Расчет сопротивления резистора в фильтрах проводится по формуле

 

 

Принимается сопротивление номинального значения .

Расчет ёмкости конденсатора в фильтре проводится из условия

 

 

 

Принимается емкость номинального значения