Включение ОУ в режиме вычитающего усилителя

ОУ можно использовать как вычитающий усилитель, т.е. усиливать разность входных сигналов. В этом случае используется свойство входного дифференциального каскада ОУ реагировать на разность входных сигналов. Для выравнивания входных параметров неинвертирующий вход ОУ нагружается на эквивалентное сопротивление R3.

Рисунок 6

Для того, чтобы рассчитать элементы вычитающего усилителя, сначала следует вычислить входной сигнал:

U_вх = U_вх1 - U_вх2

Затем можно узнать коэффициент усиления:

К = U_вых / U_вх

Значение R1 выбирается равным сопротивлению источника сигнала:

R1 = R_ИС1 и R2 = R_ИС2

Значение R_СВ определяется по рассчитанной величине коэффициента усиления:

R_СВ = К R1

Значение R3 выбирается равным параллельному соединению сопротивлений R2 и R_СВ:

R3 = R1 R_СВ / (R1 + R_СВ)

Т.к. обычно R_СВ >>R1, то R3 = R1

Исходные данные для расчета приведены в таблице 1.

Таблица 1

Вариант	Назначение схемы	Условие выбора ОУ	Данные для расчета элементов схемы
	Усилитель сигнала без инверсии	Fн = 20 Гц Fв = 1МГц Uсм0 ≤ 9 мВ	Uвх = 10мВ Uвых = 5В Rис = 1,6кОм
	Усилить переменный сигнал с инверсией	Fн = 50Гц Fв = 6МГц ∆Iвх < 0,4 нА	Uвх = 5мВ Uвых = 10В Rис = 1 кОм
	Усилить разность двух сигналов	Fн = 300 Гц Fв = 3МГц Коссф > 65 мВ	Uвх1 =10мВ Uвх2 = 5мВ Uвых = 4В Rис1=Rис2=1,4кОм
	Просуммировать сигнал U1; 1/5 сигнала U2; ½ сигнала U3 с инверсией суммарного сигнала	Fн = 0Гц Fв = 1МГц Uсм0 < 6мВ	Rис1=Rис2=Rис3=1,7кОм Выполнить условие согласование входа схемы с источником 1
	Усилитель сигнала с инверсией	Fн = 40Гц Fв=1,5Мгц ∆Iвх < 1 нА	Uвх = 7мВ Uвых = 2,5В Rис = 2кОм
	Усилить переменный сигнал без инверсии	Fн = 60Гц Fв=4Мгц Uсм0 < 7мВ	Uвх = 15мВ Uвых = 4В Rис = 1,8кОм
	Просуммировать сигнал U1 и 1/3 сигнала U2 с инверсией суммарного сигнала	Fн = 25Гц Fв=0,8Мгц Uсм0 < 10мВ	Rис1 = Rис2 = 2,1кОм Выполнить условие согласование входа схемы с источником 1
	Усилить сигнал без инверсии	Fн = 40Гц Fв=4Мгц ∆Iвх < 150 нА	Uвх = 15мВ Uвых = 4В Rис = 2,2кОм
	Усилить разность двух сигналов	Fн = 40Гц Fв=4Мгц Uсм0 < 40мВ	Uвх1 = 6мВ Uвх2 = 2мВ Uвых = 1,5В Rис1=Rис2=1,2кОм
	Просуммировать сигнал U1 и ¼ сигнала U2 с инверсией суммарного сигнала	Fн = 40Гц Fв=4Мгц Коссф > 70 мВ	Rис1=Rис2=2,3кОм Выполнить условие согласование входа схемы с источником 1

Задание 5

В задании №5 надо выполнить расчет резисторного каскада предварительного усиления на транзисторе. В условии задания указаны величины, которые необходимо рассчитать.

Выписать условия задания и данные для расчета из таблицы 2 в соответствии с вашим вариантом.

Внести в таблицу предлагаемой формы данные транзистора, заданного по условию из таблицы 3.

Тип транзистора	Структура	h21 min	h21 max	UКЭ max, В	IК max, мА	FН, МГц

Вычертить принципиальную схему резисторного каскада. Все элементы схемы выполнить в соответствии с ГОСТ. Под схемой надо поставить номер рисунка и подписать название схемы.

Вычертить входную характеристику заданного транзистора. Из семейства характеристик выбрать одну для U_КЭ = 5В.

Необходимо выполнить следующее:

1. Начертить принципиальную схему каскада.

2. Выбрать рабочий режим транзистора (U_КО, I_КО, I_БО, U_БО).

3. Определить коэффициент усиления каскада по току К_I.

4. Рассчитать емкость разделительного конденсатора С_Р.

5. Определить амплитуду входного тока транзистора I_БТ.

Расчет резисторного каскада предварительного усиления следует начинать с выбора рабочего режима транзистора.

Рабочий режим транзистора задается следующими параметрами:

U_КО – выходное напряжение в точке покоя;

I_КО – выходной ток в точке покоя;

I_БО – входной ток в точке покоя;

U_БО – входное напряжение в точке покоя.

Таблица 2

№ вар.	Тип транзистора.	Напряжение источника питания, ЕК В	Амплитуда входного тока следующего транзистора, мА	Входное сопротивление следующего транзистора, Ом	Сопротивление делителя напряжения смещения следующего транзистора, RД1 СЛ, Ом	Сопротивление делителя напряжения смещения следующего транзистора, RД2 СЛ, Ом	Низшая частота рабочего диапазона, Гц	Допустимый коэффициент частотных искажений МН, дБ
	МП42Б		0,8					0,7
	МП37		2,0					0,9
	МП40		0,5					0,6
	МП38А		1,0					0,9
	МП41		0,75					0,8
	МП37Б		3,0					0,9
	МП42Б		0,2					0,7
	МП38А		1,5					0,6
	МП41А		1,25					0,8
	МП40А		0,25					0,9

Таблица 3 - Характеристики транзисторов

Тип транзистора	Структура	h21 min	h21 max	UКЭ max, В	IК max, мА	FН, МГц
МП37	n-p-n					1,0
МП37Б	n-p-n					1,0
МП38А	n-p-n					2,0
МП40	p-n-p					3,0
МП40А	p-n-p					3,0
МП41	p-n-p					3,0
МП41А	p-n-p					3,0
МП42	p-n-p					1,0
МП42А	p-n-p					1,0
МП42Б	p-n-p					1,0

1. Выбор рабочего режима

1.1 Определяем максимальное напряжение на входе следующего каскада:

U_{ВХ max СЛ} = I_{ВХ.max СЛ}* R_{ВХ СЛ}

1.2 Определяем ориентировочное значение сопротивления в коллекторной цепи:

R_ОР = (0,3 – 0,5) Е_К/ I_ОК,

где ориентировочное значение I_ОК = (1,5 – 2) I_{ВХ.max СЛ}

(Знак « - » в формуле означает любое значение в заданных пределах, например, от 0,3 до 0,5)

1.3 Определяем амплитуду переменной составляющей тока коллектора:

I_КМ = I_ор

Если I_КМ<1мА, то его нужно взять равным 1мА, т.к. только при таком условии гарантируются справочные данные о транзисторе.

1.4 Определяем ток покоя коллектора:

I_ОК = (1,5 – 2) I_КМ

1.5 Определяем сопротивление в цепях коллектора и эмиттера:

; ;

Полученные значения сопротивлений округляем до стандартных значений, в зависимости от класса точности.

Класс 1 имеет допуск 5% .Этому классу соответствуют величины сопротивлений:

10; 11; 12; 13; 15; 16; 18; 20; 22; 24; 27; 30; 33; 36; 39; 43; 47; 51; 56; 62; 68; 75;

82; 91*10ⁿ

Класс 2 имеет допуск 10% и имеет соответствующие величины сопротивлений:

10; 12; 15; 18; 22; 27; 33; 39; 47; 56; 68; 82*10ⁿ

Класс 3 имеет допуск 20% и имеет соответствующие величины сопротивлений:

10; 15; 22; 33; 47; 68*10ⁿ

1.6 Рассчитываем мощность, выделяемую на резисторе в цепи коллектора и в цепи эмиттера:

P_К = I_ОК ²* R_К P_Э = I_ОК²* R_Э

Выбор резисторов по мощности:

Стандартная номинальная мощность рассеивания непроволочных постоянных поверхностных резисторов: 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2; 5; 10 Вт.

1.7 Проверяем правильность выбора сопротивлений R_Э и R_К. Для этого определяем напряжение покоя коллектора:

U_ОК = Е_К - I_ОК* R_К - I_ОК* R_Э

U_ОК (0,3 – 0,4) U_{КЭ max}

1.8 Определяем I_ВХ и U_ВХ в точке покоя:

I_ОБ = I_ОК / h_{21Э min}

По входной характеристике заданного транзистора определяем напряжение покоя базы U_ОБ.

2 Расчет цепи смещения (R_Д1 и R_Д2)

2.1 Зададим ориентировочное значение тока делителя I_Д:

I_Д = (6 – 10) I_ОБ

2.2 Определяем:

.

)

где U_{ОБ max} = U_ОБ + 0,0022 (20^о – Т_min) Т_min = 10^о С

Рассчитанные значения R_Д1 и R_Д2 округляем до стандартных значений.

3. Расчет параметров усиления

3.1 Определение коэффициента усиления по I:

3.2 Определяем нагрузку каскада по переменному току:

3.3 Определяем максимальный ток базы:

4. Определяем емкость межкаскадной связи:

где R_{ЭКВ Н} = R_К, R_О = R_{ВХ СЛ}* R_{Д СЛ} / (R_{ВХ СЛ} + R_{Д СЛ})

М_Н - переводится в разы: М_Н = 10^{0,05 М}

Полученное значение емкости округляем до стандартного значения.