3.2 Усилитель с двумя усилительными подсхемами

На рисунке 3.2 в соответствии с этим же вариантом ТЗ представлена схема усилителя переменного тока с двумя усилительными подсхемами (рисунок 2.4), подготовленная для исследования в системе Multisim

Рисунок 3.2 – Схема усилителя переменного тока с двумя усилительными подсхемами

Результат выполнения задания:

Максимальный K_U = 59.98 дБ

Максимальный K_U ~ 997.7

Нижняя частота f_н = 99.89 Гц

Верхняя частота f_в = 18,681 кГц

Очевидно, что данный усилитель имеет сравнительно высокую частоту f_в и большую полосу пропускания всего усилителя.

4. Экспериментальное исследование усилителя переменного тока в системе ni elvis

На третьем этапе проектирования проводится экспериментальное исследование усилителя переменного тока в системе NI ELVIS. Результаты этого исследования должны соответствовать результатам моделирования усилителя в системе Multisim, их некоторые расхождения должны быть студентами логически объяснены.

4.1 Усилитель на одном неинвертирующем ру

На рисунке 4.1 представлена частотная характеристика усилителя на основе одного неинвертирующего РУ.

Рисунок 4.1 – Частотная и фазовая характеристики

Как следует из частотной характеристики усилителя переменного тока (график 2 на рисунке 2.2) – чем выше коэффициент усиления усилителя переменного тока, тем меньше у него верхняя граничная частота f_в. Следовательно, схема усилителя на базе одного неинвертирующего РУ не подходит, так как не удается получить необходимую высокую верхнюю граничную частоту совместно с большим коэффициентом усиления и большим входным сопротивлением усилителя.

4.2 Усилитель на инвертирующем и неинвертирующем ру

На рисунке 4.2 представлены частотные и фазовые характеристики усилителя на инвертирующем и неинвертирующем РУ

Рисунок 4.2 – Частотная и фазовая характеристики

В отличие от усилителя с одним инвертирующем РУ, данный усилитель обеспечивает достаточный коэффициент усиления, верхнюю и нижнюю граничную частоты. Таким образом, усилитель на инвертирующем и неинвертирующем РУ подходит для задачи курсового проекта.

5. Проектирование мощного выходного каскада усилителя

На четвертом этапе проектирования проводится расчет мощного выходного каскада (ВК) на дискретных компонентах, необходимого для расширения возможностей усилителя переменного тока по выходной мощности и максимальному току нагрузки.

Рекомендуемая схема (ВК) представлена на рис. 5.1. На этом же рисунке приведена часть схемы усилителя, приведенного на рис. 3.1 (DA2; R4; R5; С2), к выходу которого подключен вход ВК.

Рисунок 5.1 Рекомендуемая схема мощного каскадного усилителя

Выходной каскад (VT1 – VT4; R6 – R9) предназначен для получения большого тока нагрузки: = 1 – 1,5 А. Интегральный операционный усилитель DA2 серии 741 имеет максимальный ток нагрузки: = 10 – 20 мА, что явно недостаточно для нашего усилителя.

ВК усиливает только по току. По напряжению его коэффициент передачи близок к 1 (повторитель напряжения). Действительно, транзисторы VT1 и VT3 по одному пути и транзисторы VT2 и VT4 по другому пути – каскады с общим коллектором.

ВК на рисунке 5.1 – двухтактный каскад режима класса АВ.

При U_вых > 0 VT3 – в активном усилительном режиме, VT4 – в отсечке, ток нагрузки I_н течет по цепи: +U_ип – коллектор-эмиттер VT3-R₈ – R_н – общая шина.

При U_вых < 0 VT3 – в отсечке, VT4 – в активном усилительном режиме,

ток нагрузки I_н течет по цепи: общая шина R_н – R₉ - коллектор-эмиттер VT4 – U_ип.

Наличие двух источников питания позволяет обеспечить двуполярный диапазон изменения выходного напряжения -10В ≤ U_вых ≤ 10В.

Режим класса АВ создается введением транзисторов VT1, VT2. Падение напряжения U_AB = U_ЭБ1 + U_ЭБ2 ~ 0.6 + 0.6 = 1.2 В приоткрывает транзисторы VT3 и VT4 при U_вых = 0. Через эти транзисторы течет некоторый начальный сквозной ток , при этом рабочая точка транзисторов VT3 и VT4 выводится на начало линейного участка, что минимизирует нелинейные искажения U_вых ВК и всего усилителя.

Резисторы R8 и R9 необходимы для ограничения сквозного тока .