4.3. 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.

5. Полный расчет схемы усилителя мощности.

5.1. 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%.

5.2. 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

5.3. 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 .

5.4. 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%.

5.5. 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