3.2 Расчёт усилителя генератора

Усилитель генератора состоит из операционного усилителя DA1, резисторов R₁, R₂, R₃ и диодов VD1 и VD2. Из тех же соображений выбираем в качестве DA1 ОУ 140УД6, параметры которого приведены в таблице 1.

В реальности, в начальный момент времени на выходе фильтра генератора будет напряжение шумов, приблизительно равное 0. Появление синусоидальных колебаний станет невозможным, так как общий коэффициент усиления усилителя и фильтра генератора, равен:

(10)

По этой причине в начальный момент времени К_УГ устанавливается несколько большим по модулю, чем 2. Делается это при помощи диодов VD1 и VD2. В начальный момент времени, когда напряжение на выходе фильтра генератора равно напряжению шумов, напряжение на выходе усилителя генератора будет тоже практически равно нулю. Поэтому напряжение, приложенное к открывающемуся диоду, будет мало, а его сопротивление будет велико. Суммарное сопротивление диода и резистора R₂ будет шунтироваться резистором R₃. Таким образом, резисторы R₁ и R₃ задают коэффициент усиления усилителя генератора в начальный момент времени. Они выбираются таким образом, чтобы К_УГ по абсолютной величине был больше 2.Выбор диодов осуществляется на основании выполнения условия баланса амплитуд в некоторый момент времени. В этот момент должно выполниться условие

(11)

Выбираем в качестве сопротивления R₁ резистор МЛТ-0,25-100 кОм ± 5%, а в качестве сопротивления R₃ резистор МЛТ-0,25-402 кОм ± 5% /7/. Решив уравнение (11) относительно R₂+R_Д найдём сопротивление ветви содержащей диоды и резистор R₃.

Зададимся током через диоды равным 5 мкА. Общее падение напряжения на R₂ и диодах будет равным:

(12)

Выберем диод КД503Б /8/. Параметры диода приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Параметры диода КД503Б

Uобр, В	10
Uпр, В	1,2
Iпр , мА	20
Uпр мин, В	0,4

Из вольтамперной характеристики диода (приложение А) найдём падение напряжения на нём и его сопротивление.

_{Очевидно, что обратное напряжение прикладываемое к одному из диодов будет равно прямому напряжению на другом диоде. Прямое напряжение на диоде во много раз меньше обратного максимального напряжения диода, следовательно один из диодов будет всегда закрыт.}

Теперь, зная R_Д можем выбрать резистор R₂. Выбираем МЛТ-0,25-309 кОм ± 5% /7/.

Так как коэффициент усиления операционного усилителя очень большой, полагаем, что напряжение на его входе бесконечно мало. Следовательно, падение напряжения на резисторе R₂ и диодах и будет выходным напряжением операционного усилителя.

(13)

После стабилизации диодом амплитуды коэффициент усиления данного каскада будет равен:

(14)

Отрицательный коэффициент усиления в данном случае означает то, что, операционный усилитель включен по схеме инвертирующей входной сигнал. Это означает, что выходной сигнал сдвигается на 180относительно входного.

Так как данный каскад охвачен отрицательной обратной связью, его выходное сопротивление изменится согласно следующей формуле:

(15)

где – коэффициент обратной связи;

К – коэффициент усиления усилителя без обратной связи.

Легко заметить, что при равной минус 0,5 и К равном 70000 выходное сопротивление уменьшится во много раз. Выходное напряжения данного каскада будет падать в основном на входном сопротивлении фильтра генератора. Рассчитаем амплитуду на выходе фильтра генератора, используя формулу (9):