2.2.3 Выбор схемы усилителя генератора

Наилучшими характеристиками среди интегральных усилителей обладают операционные усилители. Обладая большим коэффициентом усиления, операционный усилитель используется в генераторах с цепью отрицательной обратной связи, что необходимо для выполнения условия баланса амплитуд. Кроме того, необходима цепь стабилизации напряжения. В соответствии с этими требованиями, усилитель генератора имеет вид, изображенный на рисунке 4.

2.2.4 Выбор схемы усилителя тока

В качестве усилителя тока наиболее целесообразно применить двухтактный эмиттерный повторитель, обладающий высоким, по сравнению с однотактным усилителем, коэффициентом полезного действия и низким коэффициентом нелинейных искажений. Его принципиальная электрическая схема изображена на рисунке 5. Здесь конденсатор выполняет роль разделительного, предотвращая протекание постоянной составляющей напряжения в предшествующие каскады, а резисторы,,,, образуют делитель напряжения.

Под действием на вход усилителя положительной полуволны периодического входного сигнала открывается транзисторn-p-n-типа, который пропускает ток в нагрузку, а состояние транзистораp-n-p-типа не изменяется. При поступлении на вход отрицательной полуволны сигнала, наоборот, работает транзисторp-n-p-типа. Таким образом, в нагрузке протекает переменный ток в течение всего периода [1].

2.3 Расчёт принципиальной электрической схемы

2.3.1 Расчёт усилителя генератора

Коэффициент усиления по напряжению моста Вина равен . Учитывая, что коэффициент усиления по напряжению двухтактного эмиттерного усилитель близок к единице, получим, что для выполнения баланса амплитуд коэффициент усиления операционного усилителя, охваченного отрицательной обратной связью, должен быть равен 3. Выберем в качествеDA2 операционный усилитель типа КР554УД2А [2]. Его параметры приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Параметры ОУ КР554УД2А

	20000
	15
	7
	10
	2
	10

Рассчитаем цепь стабилизации амплитуды. Зададимся током, протекающим в этой цепи , равным 5 мкА. Подберём диодDV2 и сопротивлениетак, чтобы напряжение стока-затвора полевого транзистораVT3 оказалось равным минус 4В.

;

.

Выберем в качестве DV2 диод типа КД503Б [3]. Его параметры приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Параметры диода КД503Б

	10
	1,2
	20
	0,4

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

;

.

Тогда . Близким сопротивлением обладают резисторы МЛТ-0,25-680к5% и МЛТ-0,25-30к5% [4], соединённые последовательно.

Ёмкость конденсатора определим из соотношения

,

где Т – наименьший период генерируемых частот, - входное сопротивление транзистораVT2. Таким образом

.

Выберем в качестве VT3 полевый транзистор типа ЗП604В-2 [2]. Его вольтамперная характеристика приведена в приложении Б. Пусть напряжение стока-истока транзистора равно 1,52 В. При этом ток стока окажется равным 10 мА. Тогда

.

Выберем в качестве резистор МЛТ-0,25-505%. При этом

.

Таким образом, ток, протекающий в цепи делителя напряжения, составит 10 мА.

Коэффициент передачи по напряжению рассмотренной цепи, вычисленный по формуле

,

составляет минус 0,157. Коэффициент усиления операционного усилителя с цепью стабилизации амплитуды можно рассчитать по формуле

,

что составляет 6,577.

Определим напряжение на нагрузке по формуле

.

Оно составляет 8,485 В.

Тогда коэффициент передачи делителя равен и составляет минус 0,1791. Тогда общий коэффициент усиления операционного усилителя, охваченного отрицательной обратной связью, будет определяться формулой

и будет немного превышать 3. Это необходимо для того, чтобы учесть, что в реальности коэффициент усиления по напряжению выходного двухтактного эмиттерного повторителя немного меньше единицы. Таким образом, баланс амплитуд соблюдается, и на выходе конечного устройства гарантированно будет вырабатываться синусоидальный сигнал.

Для расчёта сопротивления зададимся током, равным 12 мА. Тогда это сопротивление будет определяться по формуле

и составит 452 Ом. Таким сопротивлением обладают резисторы МЛТ-0,25-0,43к5% и МЛТ-0,25-225% [5], соединённые последовательно.

Ток, протекающий через резистор , составляет 2 мА при напряжении на резисторе 1,53 В. Тогда его сопротивление равно 765 Ом, что соответствует резистору МЛТ-0,25-1,6к5%, включенному параллельно резистору МЛТ-0,25-1,5к5%.