2.4 Выбор предварительного усилителя

Предварительные усилители необходимы для согласования различных сигналов, поступающих от одного блока к другому. В проектируемой системе ПУ необходим для усиления слабого сигнала, поступающего от микрофона на микропроцессор.

Предварительный усилитель обычно состоит из коммутаторов входных и выходных сигналов, каскадов усиления напряжения и регуляторов громкости сигнала. Очень часто регуляторы включают на выходе промежуточных усилителей. Регуляторы громкости могут иметь различное схемное решение от простых, построенных на резисторах, до сложных, выполненных с применением микропроцессора. Так как в нашей системе присутствует микропроцессор, то остановимся на регуляторе громкости, который будет встроен в микропроцессор. Каскады усиления и регуляторы могут быть соединены в разной последовательности. Каскады усиления строятся с применением операционных усилителей (ОУ), которые включают по следующей схеме:

Рисунок 5 – Схема включения промежуточного усилителя

Операционный усилитель обычно подбирается по отношению выходного напряжения к входному. В проектируемой системе напряжение на входе ПУ, должно соответствовать выходному напряжению микрофона . Выходное напряжение ПУ должно соответствовать входному напряжению микропроцессора .

Тогда коэффициент усиления K₁ операционного усилителя будет равно отношению этих напряжений:

(27)

Наиболее близкому к этому значению, соответствует операционный усилитель К153УД4, который имеет следующие характеристики [6]:

- входной ток, нА 100;

- входное сопротивление, Мом 0,2;

- максимальный коэффициент усиления по напряжению 5000;

- выходное сопротивление, Ом 1000;

- ток потребления, мА 0,8.

Подбираем резисторы R₁ и R₂ таким образом, чтобы обеспечивался нужный коэффициент усиления.

Так как неинвертирующий вход ОУ соединен с общим проводом, то потенциал на нем будет равен нулю:

(28)

После подачи сигнала на вход ПУ, через резисторы начинает протекать ток. Для его нахождения воспользуемся вторым законом Кирхгофа:

(29)

Выразим из (29) ток i:

(30)

Потенциал на инвертирующем входе:

(31)

Подставим (30) в (31):

(32)

Выходное напряжение ОУ, связано с входным следующим соотношением:

(33)

где К – коэффициент усиления выбранного ОУ.

Подставляя (28) и (32) в (33) найдем отношение выходного напряжения ПУ к входному:

(34)

Сопротивление R₁ выбирают минимальным, чтобы исключить подавление слабого входного сигнала. Обычно оно составляет 10…50 Ом. Выбираем R₁=20 Ом.

Подставляя известные численные значения в (34), найдем R₂:

Передаточная функция для промежуточного усилителя определяется как отношения напряжения на выходе к напряжению на входе.

(35)

Так промежуточные усилители ПУ₁ и ПУ₂ подключаются к одному микропроцессору, то и к входу каждого усилителя подключается микрофон с одинаковым уровнем выходного напряжения, то , и, следовательно, передаточные функции обоих усилителей будут равны: