Расчет усилительных каскадов на операционных усилителях

Любые упражнения по изучению электротехники необходимо начинать с проработки лекционного материала и соответствующего раздела в учебнике. Следует также выучить правила составления уравнений и свойств соединений элементов схем.

СЕМИНАР 12

Расчет усилительных каскадов на операционных усилителях

Задача 1

Определить коэффициент усиления по постоянному току транзистора, включенного по схеме с ОЭ, если ток коллектора  стал равен 4 мА, а ток эмиттера 4,3 мА.

Решение:

∆I_б = ∆I_э - ∆I_к = 4,3 – 4 = 0,3 мА

Задача 2

Решение:

В режиме покоя

U_бэ = E_к - R_б·I_б ,

I_бп = E_к / R_б = 0,1·10^-3 А

I_кп = h_21э ·I_бп = 5 мА

U_кэп = E_к – R_к·I_к = 20 - 2000·0,005 = 10 В

Задача 3

Решение:

Построим линию нагрузки на выходных характеристиках транзистора для определения h-параметров транзистора.

Определяем h-параметры транзистора

                        U_кэп = Е_к / 2 = 12 / 2 = 6 B            I_кп = 5,5 мА              I_бп = 125 мкА

U_кэм = 7,2 B                                      I_км = 4,5 мА              I_бп = 0,1 мА

∆U_кэ = 1,2 B,   ∆I_к = 1 мА,    ∆I_б = 0,025 мА,     ∆U_бэ =40 мВ

Определим параметры усилителя:

Задача 4

В усилителе напряжения рис. 3 на транзисторе КТ3107А:

h₁₁ = 1300 Ом, h₂₁ = 100, h₂₂ = 10^-4; R_б = 24500 Ом

R_к = 3 кОм, E_к = 15 В, I_б = 600 мкА.

Определить R_вх усилителя, R_вых, U_вых, K_ус.

Решение:

K_U = U_вых/U_вх      U_вых = K_U· U_вх = 177,5·0,78 = 138,5 В

Задача 5

Определите напряжение на выходе сумматора рис. 4, если:  

U₁ = U₂ = U₃ = 1В, R₁ = 1 кОм,  R₂ = 2 кОм, R₃ = 4 кОм, R₄ = 12 кОм

Решение:

U_вых = - (К_ос1U₁+ К_ос2U₂+ К_ос3U₃)    К_ос =  - R₄/ R_i

U_вых = - (12U₁+ 6U₂+3U₃) = - 1·21= - 21 В

Задача 6

Построить ЛАЧХ усилителя рис. 5, определить коэффициент усиления,  f_н и  f_в

R₁ = 20 кОм,  R₂ = 10 кОм, R₃ = 100 кОм, К = 200000,  f_ед = 3 МГц,  С₁=0,7 мкФ

Решение: операционный усилитель

К_дб = 20 lgК = 20·5,3 = 106 дБ

                    lgf_ед = 6,5  дек

Входная цепь:

                    Т₁ = R₁· С₁ = 20000·0,7·10^-6 = 0,014 с

Частота точки излома ЛАЧХ входной цепи:

                    f₁ = 1/2πТ₁  = 11,4 Гц       lgf₁ = lg11,4 = 1,06 дек

Звено обратной связи:

20lg β_ос = 20 lg0,09 = - 20,8 дБ

Так как  в усилителе используется «глубокая» отрицательная обратная связь, то К_ос = 1/β = 11.

Построение ЛАЧХ рис. 6:

                                            Рис. 6

Задача 7

Расчет инвертирующего усилителя рис. 7.

Дано: U_вх = 80 мВ, U_вых = 4 В, R_н = 10 кОм, ОУ типа 14ОУД7

М_В=√2 – коэффициент частотных искажений в области верхних частот. Рассчитать значения R₁, R_ос, R₂ в инвертирующем усилителе.

Рис 7.

Решение:

            Определение сопротивления резисторов.

1). Определим коэффициент усиления усилителя

K_ос = (U_вых/U_вх) = 4·10³/80 = 50

Вместе с этой лекцией читают "Гетеротрофный способ питания".

2). Находим R_ос из соотношения R_ос ≥ 10·R_н = 10·10 = 100 кОм

3) Определяем R₁:

R₁= R_ос/ K_ос = 100/50 = 2 кОм

4) Рассчитаем значение R₂. Этот резистор устанавливают в усилителе для выравнивания входных токов.

R₂= R₁R_ос / ( R₁+ R_ос) = (2·100/102) ~ 2 кОм