Расчет элементов корректирующего усилителя

Общий коэффициент усиления во всём частотном диапазоне равен произведению коэффициентов усиления (или их сумме, если значения выражены в дБ) каждого из звеньев, поэтому начальное усиление на низкой частоте должно быть распределено между первым и вторым каскадами:

Примем начальный коэффициент усиления для первого каскада H_1К равным 30 дБ (32-х), для второго каскада H₂ тогда будет равен: H0 - H₁ = 52 – 45 = 7 дБ (6-х).

1) Расчёт первого корректирующего звена:

Рисунок 2: Схема первого каскада

Передаточная функция имеет вид: , p – оператор Лапласа

,

где , (1)

, (2)

(3)

Подставляя значения K1=32, w₁=2p*f1=2p*30=314,16 рад/сек и w₂=2p*f2=2p*120=698,13рад/сек, решим полученную систему уравнений.

Поскольку в трёх уравнениях четыре неизвестных, одному из них можно приписать произвольное значение: примем R3=1 кОм.

Рассчитаем R2 из уравнения (1): Ом, из стандартного ряда выбираем значение R2=30 кОм.

Решаем совместно уравнения (2), (3) и находим R4 и C1:

Выберем R4=24000 Ом.

Подставим значения для R4 в формулу (2) и найдём C1:

Ф

Из стандартного ряда номиналов выбираем C1=5,6Е-08 Ф.

Найденные значения запишем в таблицу 1:

Таблица 1: Номиналы элементов первого каскада

2) Расчёт второго корректирующего звена:

Рисунок 3: Схема второго каскада

Передаточная функция имеет вид:

, (4)

, (5)

(6)

Подставляя значения K2=13, w₃=2p*f3=2p*4000=15707,9 рад/сек и w₄=2p*f3=2p*8000=26179,9 рад/сек, решим полученную систему уравнений.

Поскольку в трёх уравнениях четыре неизвестных, одному из них можно приписать произвольное значение: примем R6=1 кОм.

Рассчитаем R5 из уравнения (1): Ом, из стандартного ряда выбираем значение R5=12000 Ом.

Решаем совместно уравнения (5), (6) и находим R7 и C2:

Выберем R7=13000 Ом.

Подставим значения для R7 в формулу (6) и найдём C2:

Из стандартного ряда номиналов выбираем C2=3,0Е-09Ф.

Найденные значения запишем в таблицу 2:

Таблица 2: Номиналы второго каскада

3) Расчёт активного фильтра низкой частоты:

Передаточная функция имеет вид: , где

Примем R8=100 Ом, тогда =8,2Е-08

Найденные значения запишем в таблицу 3:

Таблица 3: Номиналы третьего каскада

Основным недостатком присущим фильтрам является, то, что в области частоты перегиба наблюдается слишком пологий переход. Как видно на рисунке 5 рассчитанная АЧХ сильно отклоняется от заданной в точках перегиба и не достигает требуемого усиления на третьем горизонтальном участки. Таким образом точки перегиба являются весьма приближённой характеристикой АЧХ данной цепи.

Рисунок 4: АЧХ корректирующего усилителя

Поскольку входное сопротивление усилителя мощности на эмиттерном повторителе при низкоомной нагрузке, найденное по формуле Rвх=Rн*h21, весьма низкое, необходимо передавать сигнал через буферный каскад на ОУ.

При подборе элементов помимо сопротивления или ёмкости также необходимо учитывать предельные характеристики по мощности и напряжению. Оценку рассеивающей мощности для резисторов и напряжения на конденсаторах проведём в программе EWB 5.12.

Составим таблицу действующих напряжений и токов для резисторов:

Таблица 4: Мощность рассеивания на резисторах

Максимальное напряжение на конденсаторах:

Таблица 5: Напряжение на конденсаторах

Требования к операционным усилителям: Макс. частота > 1 МГц, Uвх =14В.

Этим требованиям отвечает ОУ К1409УД1А.