3.6.1 Общий коэффициент усиления предварительного усилителя

Необходимый коэффициент усиления предварительного усилителя по напряжению определяется из выражения

,

где – амплитуда входного сигнала предварительного усилителя.

3.6.2 Выбор типа операционного усилителя

Для выбора и расчета ОУ необходимо учесть несколько факторов:

- полное входное сопротивление выходного каскада усилителя должно превосходить минимальное сопротивление нагрузки ОУ, данное в справочнике

R_вхУМ >R_{н тinОУ};

- максимального выходного напряжения ОУ должно быть больше максимального входного напряжения УМ

U_{выхОУ max} > U_{вх тахУМ};

если в справочнике не приведено значение U_{выхОУ max}, то его можно определить ориентировочно из выражения U_{выхОУ max} = Е_П – (1…2) В;

- на верхней частоте ОУ должен обеспечивать расчетный коэффициент усиления по напряжению. Необходимую частоту единичного усиления ОУ можно определить по формуле

f_1ОУ=К ^. f_в, (3.1)

где К – коэффициент усиления каскада;

f_в – верхняя частота усиливаемого сигнала.

При расчете коэффициента усиления предварительного усилителя в заданной полосе частот зачастую получается значение, которое порой нельзя реализовать с помощью одной интегральной микросхемы ОУ. Поэтому необходимо применять последовательное включение нескольких ОУ.

Рассмотрим в качестве примера двухкаскадный предварительный усилитель. В этом случае результирующий коэффициент усиления определяется произведением коэффициентов усиления каждого из каскадов

К=К₁^.К₂

где К_1,2 – коэффициенты усиления по напряжению 1-го и 2-го каскадов соответственно.

В случае равномерного распределения коэффициентов усиления по каскадам можно принять

.

При этом в формулу (3.1) следует подставлять значения К_i соответствующего каскада. Это уменьшит значения f_1ОУ и облегчит выбор типа ОУ.

Не рекомендуется строить каскады с усилением по напряжению более чем в 50 раз, поскольку это может привести к их самовозбуждению.

На основании вышеизложенного из справочной литературы выбирается тип ОУ. Его справочные данные приводятся в пояснительной записке. Параметры наиболее распространенных типов операционных усилителей приведены в таблице А.2 приложения А.

3.6.3 Построение ачх операционного усилителя

А ЧХ операционного усилителя строится следующим образом. По оси ординат отмечается собственный коэффициент усиления операционного усилителя К_сОУ в децибелах (берется из справочника); по оси абсцисс откладываются значения частоты в логарифмическом масштабе и отмечается частота единичного усиления ОУ f_1ОУ, также взятая из справочника. Уменьшая значение частоты на одну декаду (в 10раз) относительно f_1ОУ, отмечаем точку на уровне 20 дБ. Через эти две точки проводим прямую линию до уровня, соответствующего К_сОУ. Полученная таким образом АЧХ (рисунок 3.12) имеет спад 20 дБ на декаду (дБ/дек).

Рисунок 3.12 – АЧХ операционного усилителя

После этого необходимо проверить выполнение условия обеспечения коэффициента усиления на верхней частоте f_в. При условии

К₀>К,

где К – коэффициент усиления каскада,

можно сделать вывод, что на данном ОУ можно реализовать заданное усиление и ОУ выбран верно. Если условие не выполняется, то необходимо добавить еще один каскад, либо выбрать ОУ с большей f_1ОУ (при этом ограничения по R_{н тinОУ} и U_{выхОУ max} сохраняются).