4. Разработка полной принципиальной схемы

П ервоначальная схема была изменена. Конденсатор из цепи обратной связи можно убрать, так как в требуемом частотном диапазоне входная емкость ОУ еще не проявляется (по сведениям из технического паспорта на ОУ), а именно для ее компенсации конденсатор и ставился.

Рисунок 8 - Схема ШУ

В схему входят:

1. Микросхемы DA1,DA2-операционные усилители AD811.

2. Резисторы R₁, R₂, R₃, R₄ задают требуемые значения коэффициентов усиления каскадов.

3. Резистор R₅ и конденсатор C₁ составляют нагрузку.

5. Расчет номиналов пассивных элементов

Расчет первого каскада.

Рисунок 9 - Первый каскад

В техническом паспорте на ОУ AD811 указан номинал резистора в цепи обратной связи, при котором ОУ работает наиболее эффективно. Он равен 500 Ом.

Рассчитаем остальные резисторы, отталкиваясь от этого значения.

1)R₁=R₂/K_U=50/100=5 Ом.

Расчет второго каскада.

Рисунок 10 - Второй каскад

Поскольку схемы каскадов выглядят одинаково, применим тот же метод расчета. Резистор в цепи обратной связи равен 500 Ом так же как и в первом каскаде.

1)R₄=R₅/K_U=500/2=250 Ом.

6. Разработка и расчет вспомогательных цепей

Цепь блокировки по входу.

Для защиты устройства от перегрузки по входу между входами ОУ первого каскада нужно включить два полупроводниковых диода навстречу друг другу. Диоды могут быть любыми.

Рисунок 11 - Цепь блокировки по входу.

Цепь блокировки по выходу.

Во избежание выхода усилителя из строя при замыкании нагрузки накоротко, а также для улучшения стабильности при работе с емкостной нагрузкой, между выходом ОУ второго каскада и нагрузкой включается резистор.

R=U_{ВЫХ МАКС} / I_{ВЫХ МАКС} =36/0,1=360 Ом.

Цепь блокировки по питанию.

Для защиты усилителя от выхода из строя при подключении напряжения питания неправильной полярности, между выводом источника питания и ОУ включается полупроводниковый диод, который пропускает ток только в нужном направлении. Диоды должны работать при напряжениях, больших 36 В.

Если источник питания в момент включения выдает большой скачок напряжения, то включение параллельно ему стабилитрона позволит сохранить усилитель в рабочем состоянии. Стабилитрон должен работать при напряжении, большем двойного напряжения питания, т.е. большем 72 В. Можно последовательно включить два стабилитрона, если не хватает одного. Для понижения напряжения перед стабилитроном можно установить резистор.

Для нормальной работы устройства напряжение питания, поступающее в микросхемы, должно быть больше 20В. Для простоты расчетов пусть напряжение питания будет равно 22,4 В. На диоде упадет примерно 0,6 В. Номинальный ток питания одного ОУ равен 16,5 мА, следовательно, источник питания должен выдавать 33 мА.

R= (36-22,4-0,6)/33*10^-3~394Ом. Можно взять 400 Ом.

7. Сравнение требуемых и полученных параметров

После разработки схемы и расчета номиналов пассивных элементов было осуществлено машинное моделирование устройства с использованием программного пакета Electronics Workbench 5.12.

Ниже приведена сравнительная таблица требуемых и полученных характеристик усилителя.

Таблица 2 - Коэффициент усиления

Частота	Требуемое значение	Полученное значение	Отличие %
50Гц	200	199,654	0,173
1КГц	200	199,654	0,173
1МГц	200	199,642	0,179
6МГц	200	199,210	0,395

Отличие полученного значения коэффициента усиления от заданного на максимальной частоте составляет 0,395%, т.е. результат удовлетворяет заданию с достаточно высокой степенью точности.