Методические указания по расчету электронного усилителя

Схемы однокаскадного усилителя ОЭ и ОК, а также усилителя на ОУ приводят, как было указано в разд. 1, с обозначениями порядковых номеров элементов усилителя. В случае схемы на ОУ приводят также тип ОУ и номиналы рассчитанных резисторов, при этом допускается упрощенное (без дополнительных полей и номеров выводов) обозначение ОУ.

1. Расчет коэффициентов усиления, входного и выходного сопротивлений однокаскадного усилителя на транзисторе

Свойства транзисторов в рабочем (динамическом) режиме оцениваются по их характеристическим параметрам, представляющим собой величины, которые устанавливают связь между малыми изменениями токов и напряжений. Наиболее распространена система h- параметров, выражающая функциональную зависимость между входными и выходными напряжениями и токами.

Все h -параметры имеют определенный физический смысл: h ₁₁ – входное сопротивление транзистора при короткозамкнутом выходе; h ₁₂ – коэффициент обратной связи по напряжению при разомкнутом по переменному току входе; h ₂₁ – коэффициент передачи тока при короткозамкнутом выходе; h ₂₂ – выходная проводимость при разомкнутом по переменному току входе.

Часто h -параметры определяют по семейству входных и выходных характеристик транзистора. При этом коэффициенты усиления K_U, K_I определяют через h -параметры транзистора в зависимости от схемы его включения. Чтобы определить коэффициенты усиления, используют схемы замещения каскадов, для которых составляют по законам Кирхгофа уравнения и выражают из них нужные отношения напряжений и токов:

а) расчет каскада ОЭ

– коэффициент усиления по напряжению

,

– коэффициент усиления по току

,

– коэффициент усиления по мощности

K_P = K_U × K_I,

– входное сопротивление усилителя

,

– выходное сопротивление усилителя

R_вых.у = K_U h ₁₁/ h ₂₁;

б) расчет каскада ОК

– коэффициент усиления по напряжению

,

– коэффициент усиления по току

,

– коэффициент усиления по мощности определяется как и для схемы ОЭ,

– входное и выходное сопротивления соответственно

.

2. Расчет коэффициентов усиления, входного и выходного сопротивлений масштабного усилителя на ОУ

Масштабными называют усилители, имеющие точное нормированное значение коэффициента усиления. Выделение масштабных усилителей в специальный класс устройств несколько условно и характеризует только то, что к значениям их основных параметров и их стабильности предъявляют повышенные требования. Эти требования относятся в первую очередь к ОУ, качество которых практически и определяет качество усилителя в целом. В прил. 7 приведены некоторые типы ОУ.

Зачастую ОУ, охваченные цепями ОС, можно считать идеализированными и пренебрегать его входным и выходным сопротивлениями. Одновременно можно считать коэффициент усиления напряжения разомкнутого (не охваченного цепями ОС) ОУ K_уU ® ¥. Эти допущения не вносят существенных погрешностей, но позволяют быстро и легко определить коэффициенты усиления масштабных усилителей:

а) расчет инвертирующего усилителя

– коэффициент усиления по напряжению

K_U = – R2 / R1,

– входное сопротивление усилителя практически целиком определяется входным сопротивлением R1

R_вх.у = R1,

– выходное сопротивление усилителя

,

где R_вых – выходное сопротивление ОУ. При отсутствии справочных данных R_вых можно приближенно определить

,

где U_пит – напряжение питания ОУ;

U_вых.max – максимальное выходное напряжение ОУ;

R_{н min} – минимальное сопротивление нагрузки ОУ.

Эти три параметра выбираются из прил. 7 на данный тип ОУ.

– коэффициент усиления по току

,

– коэффициент усиления по мощности

K_P = K_U K_I;

б) расчет неинвертирующего усилителя

– коэффициент усиления по напряжению

K_U = R 2 / R 1+1,

– входное сопротивление

,

где R_вх – входное сопротивление ОУ,

– выходное сопротивление определяется так же, как и для инвертирующего усилителя,

– коэффициент усиления по току

,

– коэффициент усиления по мощности определяется как и для инвертирующего усилителя.