Расчетная часть Рабочее задание

2.2.Расчет предоконечного каскада
Как было показано К_Р усилителя должен быть равен К_Р = , а К_Р.ОК оконечного каскада К_Р.ОК= 10¹², то есть . Таким образом, необходим еще один предоконечный каскад с коэффициентом усиления по мощности не менее 1 для «раскачки» оконечного каскада[1].
Предоконечный каскад должен удовлетворить следующим требованиям:
1. К_р2 не менее 1.
2. U_вх = U_и = 3,33 * 10^-3 В.
3. I_вх = I_и = U_и / R_и = 3,33 * 10^-3/10⁵ = 0,333 мА
4. U_вых не менее 10 В.
5. I_вых = I_вх.ок не менее 8 мкА.

Входное сопротивление предоконечного каскада равно 100 кОм, а выходное сопротивление предоконечного каскада 20 кОм. Для согласования этих сопротивлений включается на выход операционного усилителя предоконечного каскада R_ш, величиной примерно равной выходному сопротивлению предоконечного каскада.

Исходя из вышеуказанных требований, микросхему предоконечного каскада типа К140УД1 .
Электрические параметры микросхемы К140УД1:
1.Напряжение источника питания ±12,6 В.
2.Ток потребления, не более 10 мА.
3.Входное напряжение, не более ±6,3 В.
4.Выходное напряжение, не менее ±6 В.
5.Ток выходной, не более 2 мА.
6.Входное сопротивление, номинальное 50 кОм.
7.Выходное сопротивление, номинальное 20 кОм.
8.Ток входной, не более 9 мкА.
9.Коэффициент усиления по напряжению 8000.
10.Коэффициент усиления по току 40.
11.Коэффициент усиления по мощности 32·10⁴.
12.Диапазон частот 0 ÷ 0,1 МГц.
13.Коэффициент гармоник 0,4%.
На рис.2.5. приведена схема подключения операционного усилителя предоконечного каскада.

Рис.2.5. Схема предоконечного каскада.

Коэффициент усиления по напряжению предоконечного каскада равен: . Зная K_U2 и сопротивление по неинвертирующему входу R₃, равное R_и, можно определить сопротивление в цепи обратной связи усилителя R₄. . При использовании обратной связи выходное сопротивление несколько уменьшается и вычисляется по формуле: , где

β=R3/(R3+R4)=120*103/(120*103+75.6*106)=1.6*10-3

Сопротивление шунта выбирается не менее чем в два раза больше, чем уточненное значение выходного сопротивления усилителя с учетом ОСС, т.е. . Тогда сопротивление R_ш выберем 20,14 кОм. С учетом этого, входное сопротивление оконечного каскада . Ток через R_ш .
С учетом этого выходной ток ОУ предоконечного каскада определяется . Как видно, выходной ток не превышает максимально допустимого выходного тока ИМС К140УД1, сохраняет работоспособность при температуре -5°С ÷ +25°С.
Таким образом, после расчетов имеем усилитель низкой частоты со следующими параметрами:
Р_вых = 9 Вт.
U_вых = 13 В.
К_г = К_г2 + К_г1 = 3%.
На низких частотах вносят частотные искажения разделительные конденсаторы на входе, выходе и между каскадами. На каждый конденсатор С₁, С₂, С₆ тогда добавится на низких частотах по 0,2 дб.
М_н = М_н1+ М_н2 + М_С1 + М_С2 + М_С6 = 2 + 0,5 + 0,2 + 0,2 + 0,2 = 3,1 дб
М_в = М_в1 +М_в1 = 1,3 + 0,5 = 1,8 дб

Из приведенных расчетов видно, что требуется снизить К_г и М_н, так как они больше, чем требуется в рабочем задании.

Снижение гармонических и частотных искажений можно добиться использованием цепи ООС в виде RCцепочки.