4. Расчет внешних цепей усилителя.
4.1. Расчет коэффициента усиления охватываемой части усилителя и коэффициента передачи цепи отрицательной обратной связи:
Данный
усилитель имеет три входа, коэффициент
передачи по которым:
;
;
,
где погрешность воспроизведения
коэффициентов усиления по всем входам
Примем
коэффициент усилителя мощности:
и
.
Определим
выходное сопротивление усилителя
мощности
из следующей формулы:
Коэффициент
усиления операционного усилителя из
справочных данных:
и
.
Найдем номинальный и относительный коэффициент усиления усилителя мощности:
и
,
где
,
.
-
коэффициент, учитывающий перераспределение
сигналов, поданных на усилитель, между
сопротивлениями внешних резисторов и
входным сопротивлением первого каскада
для дифференциального сигнала. Здесь
-
наибольший коэффициент усиления по
входу, относительно которого рассчитывается
усилитель.
-
коэффициент, учитывающий перераспределение
напряжения холостого хода усилителя
между внутренним сопротивлением
усилителя мощности и сопротивлением
нагрузки, где
Отклонения
и
коэффициентов
и
,
соответственно, в расчетах не учитываются,
поскольку
,
Построим
график функциональной зависимости
из
следующих соотношений:
,
при
и
,
при
и
С
учетом того, что
должно быть как можно больше (для
уменьшения требований точности элементов,
влияющих на погрешность цепи отрицательной
обратной связи) и
-
как можно меньше (для увеличения
динамической устойчивости усилителя),
то принимаем, что
при
(из
рис. 6). Так как имеющееся значение больше
требуемого (
),
то выбранный операционный усилитель
К140УД9 подходит для использования его
в качестве предварительного
усилителя-сумматора.
Определим
коэффициент обратной связи
:
Найдем
действительную погрешность усилителя
при
и
по следующему отношению:
Определим
выходное сопротивление
:
Определим
допустимое значение
4.2. Расчет параметров внешних цепей усилителя с параллельной отрицательной обратной связью по напряжению.
Так как в справочных данных не приводится параметры изменения операционного усилителя от температуры окружающей среды, от времени и при отклонении напряжения питания от номинального, то возьмем типичные для этих микросхем параметры.
На
операционный усилитель К140УД9, задаем
изменение параметров усилителя от
температуры окружающей среды:
;
;
.
На
операционный усилитель К140УД9, задаем
величины характеризующие изменение
параметров операционного усилителя от
времени:
;
;
.
Таким
же образом, принимаем и изменение
значений параметров операционного
усилителя при отклонении напряжения
питания от номинального значения на
10%, то есть
;
;
;
.
Допустимая
разность температур определяется по
формуле:
,
где
- нормальная температура окружающей
среды, соответствующая 20
;
- нижний предел температуры, заданный
в техническом задании. Таким образом,
.
Время
безотказной работы, по техническому
заданию,
ч.
Вычислим параметры, определяющие ошибку в работе операционного усилителя:
А.
А.
В.
Построим
функциональную зависимость
из условия, что напряжение покоя должно
быть меньше допустимой величины дрейфа
сигнала
.
Получаем ограничения на погрешность
резисторов внешних цепей, обеспечивающее
требование к стабильности выходного
напряжения усилителя.
,
где
-
задано в техническом задании;
и
являются
,
,
и
,
,
,
соответственно, также указаны в
техническом задании, как и отклонение
внутренних сопротивлений
.
Для упрощения расчета формулы удобно разбить ее на следующие составляющие:
;
;
;
.
Результирующая
формула (кривая 1):
;
Второе условие ограничения
на погрешность резисторов внешней цепи
вычисляется следующим образом (кривая
2):
;
С учетом следующих
ограничений
,
получаем условия:
,
где
-
наибольшее входное сопротивление
усилителя, для которого производится_расчет.
Из области
допустимых значений по рис. 7 выбираем
и
.
Определяем
сопротивление, стоящие в цепи обратной
связи:
Находим сопротивления входных цепей усилителя:
