Розрахунок елементів схеми. Розрахунок лінійного підсилювача

Схема підсилювача, що розраховується приведена на рисунку 2.1

Рисунок 2.1

Для розрахунку підсилювача задамо його параметри:

- вхідна напруга Uвх=500 мВ ;

- вихідна напруга Uвих = 1В;

- вхідний опір підсилювача Rвх = 50 кОм.

Коефіцієнт підсилення інвертуючого підсилювача з негативним зворотним зв'язком дорівнює відношенню опорів резисторів R16 і R5 і не залежить від параметрі операційного підсилювача.

(2.1)

Для інвертуючого підсилювача на інтегральній мікросхемі типу К140УД рекомендується використати резистори R6, R11 з опором 50 кОм, R16 з опором від 5 до 200 кОм, приймаємо резистор R16 з опором 100 кОм. При цьому повинна виконуватись умовам R16> R6

Вираховуємо коефіцієнт підсилення.

Вхіднийй опір інвертуючого підсилювача рівний опору резистора R11.

Rвх.= R11=50 кOм (2.2)

Вихідний опір інвертуючого підсилювача :

Rвх=Rвих.п/(1+КnU) = (2.3)

де: Rвих.п. - вихідний опір підсилювача без від'ємного зворотнього зв'язку до мікросхеми К140УД6 він рівний 150 Ом;

Кn - коефіцієнт передачі зворотнього зв'язку;

КnU - коефіцієнт підсилення без від'ємного зворотнього зв'язку.

Коефіцієнт передачі зворотнього зв'язку рівний:

Кn= R11/( R11+ R16) = (2.4)

Коефіцієнт підсиленая підсилювача без від'ємного зворотнього зв'язку.

(2.5)

Оскільки вихідний опір попереднього каскаду (лінійного виходу магнітофона рівний 50 кОм, тоді щоб він не працював на повну потужність і не перевантажувався, ми вибираємо резистор R1, який задає вхідний опір наступного каскаду приблизно в 1,4-раза більшим, тоді:

R1 = 50 х 1,4 - 70 кОм (2.6)

Вибираємо стандартні значення опору резистора R1 = 68 кОм.

Розрахуємо конденсатор С1.

де: Rд (м) - вихідний опір попереднього каскаду, тобто вихідний опір лінійного підсилювача магнітофона, він рівний 50 кОм;

Fm - нижня частота робочого діапазону підсилювача, рівна 80 Гц;

Мм - коефіцієнт спотворень;

Rвх - вхідний опір підсилювача. Розраховуємо конденсатор С6.

де: Rд - вихідний опір попереднього каскаду, тобто вихідний опір підсилювача, що розрахувався, рівний 93 Ом;

Fm - нижня частота робочого діапазону підсилювача, рівна 20 Гц;

Мm - коефіцієнт спотворень;

Rвх - вхідний опір суматора, що має значення 510 кОм.

2.5.2 Розрахунок мікрофонного підсилювача

Схема підсилювача, що підлягає розрахунку показаному на рисунку 2.2

Рисунок 2.2

Для розрахунку задамо такі параметри:

- напруга вхідного сигналу UBX. = 20 мВ

- напруга вихідного сигналу UBИX. = 1 В

- вхідний опір підсилювача RBX = 250 Ом.

На початку приймаємо, що опір резистора Rз мінімальний і рівний нулю.

Коефіцієнт підсилення інвертуючого підсилювача з негативним зворотнім зв'язком дорівнює відношенню опорів R18 і R8 і не залежить від параметрів операційного підсилювача

(2.9)

Для інвертуючого підсилювача на інтегральній мікросхемі типу К140 УД6 рекомендується використовувати резистори R8 і R18» з опором 1...50кОм. Вибираємо R8 і R13 рівне 1 кОм. R18 з опором 5...200 кОм, приймає значення R18 = 5 кОм. При цьому повинна виконуватись умова R18 > R8

Вхідний опір інвертуючого підсилювача рівний опору резистора R8:

Rвх = R8 = 1кОм (2.10)

Вихідний опір інвертуючого підсилювача дорівнює :

Rвих = Rвих.п. (C1+ RnU) (2.11)

де: Rвих.п - вихідний опір підсилювача без негативного зворотнього зв'язку, для мікросхем К140 УД6 він становить 150 Ом.

Кп. - коефіцієнт передачі зворотнього зв’язку.

Кп. = R8 (R13 + R18) = (2.12)

Коефіцієнт підсилення напруги підсилювача без від'ємного зворотнього зв'язку.

(2.13)

Виходячи з умови, яка говорить про те, що різниця між опорами двох каскадів має дорівнювати 1,4 раза, розраховуємо резистор R3.

Приймаємо стандартне значення резистора R3 = 680 Ом. Розраховуємо конденсатор С3.

(2.15)

де: Rд - вихідний опір мікрофону з значенням 250 Ом;

Fm - нижня межа діапазону частот,при якій працює підсилювач;

Мм - коефіцієнт спотворень;

RBX - вхідний опір мікрофонного підсилювача;

Розраховуємо конденсатор C8.

де: Rд - вихідний опір мікрофонного підсилювача;

Fm - нижня межа діапазону частот, при якій працює підсилювач;

Мм - коефіцієнт спотворень;

RBX - вхідний опір суматора.

2.5.3 Розрахунок сумуючого підсилювача. Вихідні дані для розрахунку підсилювача:

- вхідні напруги U1 = U2 = U3 = U4 = U5 = 1B;

- вихідна напруга Uвих = 500 мВ .

Схема суматора, що розраховується, зображена на рисунку 2.3

Рисунок 2.3

Вихідна напруга даного підсилювача рівна:

(2.17)

Якщо R21= R22= R23= R24= R25=R, то рівняння спрощується.

U1= U2=U3=U4=U5=U

Вихідна напруга сумуючого підсилювача рівна :

(2.18)

Маючи вихідну напругу і вхідну напругу задаємо опір резистора R16=50, кОм. Цих значень достатньо, щоб скласти і визначити значення резистора R.

Щоб визначити ємкість конденсатора С11 нам потрібно розрахувати вихідний опір суматора.

Rвих=Rвих.п (1+RnU) (2.19)

де: Rвих.п. - вихідний опір підсилювача дорівнює 150 Ом;

Кn - коефіцієнт передачі зворотнього зв'язку.

KnU - коефіцієнт підсилення без зворотнього зв'язку.

(2.21)

Підставляємо значення, KnU в рівняння 2.20 і порахуємо вихідний коефіцієнтсуматора.

Цих значень досить для того, щоб розрахувати конденсатор С11

Приймемо ємність конденсатора C6 1 мкФ.

Так як параметри підсилювачів, які зібрані на мікросхемах ДА1, ДА2 і ДАЗ однакові, то розрахунок елементів схеми не проводимо, відповідно по цій причині не розраховуємо параметрів схем підсилювачів зібраних на мікросхемах ДА4, ДА3.