4.1.9. Розрахунок неінвертуючого підсилювача на операційному підсилювачі

Для розрахунку схеми підсилювача задано: U_вих.m − амплітудне значення вихідної напруги; R_н − опір навантаження; Е_г − електрорушійна сила джерела вхідного сигналу; R_г − опір джерела вхідного сигналу; f_н; − нижня частота робочого діапазону частот; f_в − верхня робоча частота; M_н(дб) − коефіцієнт частотних спотворень на нижній частоті; Т_ос.мін; Т_{ос.макс} − мінімальна і максимальна температури оточуючого середовища.

Рис.4.1.10. Схема неінвертуючого каскаду підсилення на операційному підсилювачі

Розрахунок починаємо з вибору типу інтегрального операційного підсилювача. Визначаємо максимальну швидкість наростання вихідної напруги, яку повинен забезпечити операційний підсилювач DA₁

Вибираємо тип операційного підсилювача, який має такі електричні параметрами: V_макс; К_u0; U_зм /ΔT (мкВ/^оС); R_вх.д; R_вих.оп ; І_вх; R_н.мін; Е_ж.

Визначаємо необхідне значення коефіцієнта підсилення каскаду за напругою

Задаємося допустимим дрейфом вихідної напруги підсилювального каскаду Е_др = (20  100 ) мВ і визначаємо значення резистора зворотного зв'язку

де (І_вх /T) − температурний дрейф вхідного струму операційного підсилювача. Приймаємо (І_вх /T)  I_вх /100;

Т_ос − максимальна різниця температур оточуючого середовища

Знаходимо значення резистора R₁ з умови забезпечення необхідного коефіцієнта підсилення за напругою для неінвертуючого ввімкнення операційного підсилювача

Розраховуємо значення вхідного опору для неінвертуючого ввімкнення операційного підсилювача

Визначаємо амплітудне значення струму в навантаженні, яке повинен забезпечити підсилювальний каскад

Максимальний струм, який може забезпечити безпосередньо сам операційний підсилювач, не повинен перевищувати значення

Транзистори VT₁ і VT₂ забезпечують підсилення за струмом і потужністю і складають схему комплементарний повторювач напруги. Параметри транзисторів повинні відповідати таким вимогам

Вибираємо типи транзисторів VT₁ і VT₂ , які мають необхідні електричні параметри.

Визначаємо вихідний опір повторювача напруги на транзисторах VT₁ і VT₂

Визначаємо вихідний опір підсилювача з урахуванням загального від'ємного зворотного зв'язку

Вибираємо резистор R₂ з умови забезпечення необхідного значення вхідного опору підсилювального каскаду на операційному підсилювачі і усунення впливу опору джерела вхідного сигналу

Розподіляємо частотні спотворення на нижній частоті між конденсаторами схеми С₁ і С₂ , переводимо частотні спотворення на нижній частоті у відносні одиниці (М_н=10^{0,05·Мн[дб]} ) і розраховуємо значення ємностей конденсаторів

Визначаємо статичну похибку коефіцієнта підсилення каскаду за напругою

4.2. Розрахунок транзисторних підсилювачів потужності

4.2.1. Розрахунок однотактного трансформаторного підсилювача потужності на транзисторі

Для розрахунку схеми задано: Р_н – потужність на навантаженні; R_н – опір навантаження, R_г – опір джерела вхідного сигналу; f_н – значення нижньої робочої частоти; f_в – значення верхньої робочої частоти; М_н[дб] – коефіцієнт частотних спотворень на нижній частоті; М_в[дб] – коефіцієнт частотних спотворень на верхній частоті; Т_ос.мін,, Т_{ос.макс} – мінімальна і максимальна температура оточуючого середовища.

Рис.4.2.1. Схема однотактного трансформаторного каскаду підсилення потужності на транзисторі

Визначаємо максимальну потужність для змінного струму, яка віддається каскадом

,

де – коефіцієнт корисної дії трансформатора Т₁.

Приблизні значення вихідного трансформатора Т₁ підсилювача в залежності від вихідної потужності [7] наведені в таблиці 4.2.1. Вони справедливі для трансформаторів з осердям з трансформаторної сталі на частотах від 30 до 100 Гц.

Таблиця 4.2.1.

РТ, Вт	< 1	1 – 10	10 – 100	100 – 1000	1000 – 10000
	0,7 – 0,8	0,75 – 0,85	0,84 – 0,93	0,92 - 0,96	0,95 – 0,98

Розраховуємо максимальну потужність, яка виділяється на колекторі транзистора

Визначаємо граничну частоту підсилення транзистора в схемі ввімкнення зі спільним емітером

де М_в=10^{0,05·Мв[дб]}.

Вибираємо тип транзистора і використовуємо такі його електричні параметри: β_мін; U_ке.доп ; ; r_к; ; ; ; C_к.

Розраховуємо напругу живлення каскаду

Приймаємо значення напруги живлення з нормалізованого ряду.

Розраховуємо значення струму колектора транзистора в режимі спокою

– коефіцієнт використання струму колектора транзистора ( ). Переважно цей коефіцієнт знаходиться в межах: .

– напруга насичення вихідних транзистора. Для потужних транзисторів .

Розраховуємо потужність, яку віддає каскад

– коефіцієнт використання напруги живлення ( ). Переважно цей коефіцієнт знаходиться в межах: .

– напруга на колекторі транзистора в режимі спокою ( ).

Опір колекторного кола каскаду для змінного струму

Потужність, яка споживається каскадом від джерела живлення

Максимальний коефіцієнт корисної дії однотактного каскаду підсилення потужності буде складати

Максимальна потужність, яка виділяється на колекторі транзистора

Розраховуємо коефіцієнт трансформації трансформатора Т₁

Визначаємо струм бази транзистора у режимі спокою

Вибираємо струм базового подільника напруги

Задаємося спадом напруги на опорі резистора в колі емітера

Розраховуємо значення резистора в колі емітера

Розраховуємо значення опорів базового подільника напруги

Еквівалентний опір базового подільника

Визначаємо вхідний опір каскаду для змінного струму в схемі зі спільним емітером

Визначаємо еквівалентний вхідний опір каскаду з урахуванням впливу базового подільника напруги

Визначаємо коефіцієнт підсилення каскаду за напругою

Розподіляємо частотні спотворення на нижній частоті між усіма конденсаторами схеми , переводимо частотні спотворення на нижній частоті у відносні одиниці (М_н=10^{0,05·Мн[дб]} ) і розраховуємо значення ємностей конденсаторів

Приймаємо значення ємностей конденсаторів і вибираємо їх типи.