1. Выбор схемы усилителя переменного тока.

1.1Построение усилителя на основе инвертирующего решающего усилителя.

Схема инвертирующего РУ с разделительным конденсатором на входе, представленной на рис.1.1

Рис.1.1

Примечание. ФГ – функциональный генератор,

АБ – анализатор Боде.

На рис.1.2 представлены асимптотические ЛАЧХ операционного усилителя (график 1) и усилителя переменного тока (график 2), где - частота среза ОУ; - соответственно верхняя и нижняя граничные частоты полосы пропускания усилителя переменного тока, на которых модуль коэффициента усиления снижается на 3 дБ по сравнению с максимальным значением; - полоса пропускания усилителя.

рис.1.2

Замечание. Частотная характеристика усилителя переменного тока (2) имеет спад в области нижних частот, обусловленный разделительным конденсатором С1, и спад в области верхних частот, обусловленный инерционными свойствами ОУ DA1 с характеристикой (1).

Коэффициент усиления и входное сопротивление усилителя переменного тока (см. Рис.1.2) в полосе пропускания определяются схемными функциями инвертирующего РУ.

;(1.1)

Это обусловлено тем, что сопротивлением разделительного конденсатора в полосе пропускания в первом приближении можно пренебречь. Из соотношений (1.1) при заданных схемных функциях усилителя определяются сопротивления резисторов схемы. При этом очевидно, что в усилителях переменного тока на инвертирующих РУ не удается получить одновременно большой коэффициент усиления Ku и большое входное сопротивление Rвх.

Частотная характеристика усилителя переменного тока в области нижних частот целиком формируется конденсатором С1, в области верхних частот она зависит от частотных свойств скорректированного ОУ (рисунок 1.2), при этом граничные частоты fH и fB определяются соотношениями:

;(1.2)

В полосе пропускания имеем обычный инвертирующий РУ, у которого

;(1.3)

Дано в ТЗ:

1)|K_u|=1500

2)

На основании этих параметров из формулы (1.3) определим R2 иR1 и убедимся в невозможности практической реализации усилителя переменного тока на базе инвертирующего РУ:

R2==1500*200 кОм = 300 МОм

Вывод: СопротивлениеR2 очень большое (больше 10Мом), практически трудно реализуемое, поэтому в схеме рис.1.1 не удается получить одновременно большое входное сопротивление и большой коэффициент усиления, а следовательно, данная схема не подходит.

1.2 Схемная реализация усилителя на базе неинвертирующего ру.

Схема усилителя на базе неинвертирующего РУ, представленной на рис.2.1, конденсатор С2 используется для минимизации входного напряжения покоя усилителя (сдвиг постоянного напряжения от нуля).

Частотная характеристика усилителя аналогична характеристике (2), представленной на рис.1.2.

Рис.1.3

Коэффициент усиления и входное сопротивление усилителя переменного тока в полосе пропускания определяются схемными функциями неинвертирующего РУ

(сопротивлениями конденсаторов С1 и С2 в полосе пропускания в первом приближении можно пренебречь):

В полосе пропускания, где С₁ и С₂ – к.з. имеем частный случай неинвертирующего решающего усилителя

;(2.1)

Для схемы рис.2.1. справедливы соотношения:

1)(2.2)

(частный случай соотношения из реакции 2.4. при R₄=0;R₅=R₃)

2) (2.3)

(2.4)

Верхняя частота f_взависит от

1. инерционных свойств ОУ, т.е.от его частотной характеристики (1) на рис.1.2. (за которую «не перепрыгнуть»).

2. коэффициента усиления K_Uусилителя переменного тока.

Чем выше K_U, тем нижеf_вдля одного и того же ОУ.

Окончательно частота f_в определяется наNIELVISи моделированием ОСMultisim.

Таким образом, при использовании одного не инвертирующего РУ в качестве усилителя переменного тока удается получить одновременно большой коэффициент усиления (100…1000) и больше (1…10МОм) входное сопротивление усилителя, но при этом существуют определенные трудности в реализации высокой верхней граничной частоты f_в.

Рекомендации:желательно, чтобы все вычисленные сопротивления были не более 10 МОм, а выбираемая емкость - не более 3 мкФ.

Выберем емкость: С1=С2=1 мкФ

Из соотношения (2.4):

Из соотношения (2.2):

Из соотношения (2.3):

Определив все сопротивления резисторов, убедились что все

Убедимся теперь, что конденсатор С1 становится «проходным» на более низких частотах, чем конденсатор С2, и тем самым практически не влияет на нижнюю граничную частоту

Гц