4. Расчет усилителей

1. Расчет масштабного усилителя

При подключении нелинейного преобразователя к автогенератору необходимо обеспечить развязку этих устройств. Это означает, что входное сопротивление этого нелинейного преобразователя должно быть намного больше выходного сопротивления автогенератора. Для нелинейного элемента выполненного на полевом транзисторе это условие выполняется без дополнительного согласования. Но для согласования амплитуды напряжения на выходе автогенератора с заданной амплитудой на входе нелинейного преобразователя необходимо поставить согласующий усилитель.

Амплитуда напряжения на выходе автогенератора, больше амплитуды напряжения, которое следует подать на вход нелинейного преобразователя, поэтому сигнал генератора нужно ослабить. Для этого воспользуемся схемой усилителя представленной на рисунке 4.1, которую включают между генератором и нелинейным преобразователем.

Рисунок 4.1. Принципиальная схема усилителя

Передаточная функция такой схемы

(4.1)

Поскольку 4.1 В, а , то

Задавая =2 кОм, получаем, что

(4.2)

.

2. Расчет развязывающего усилителя

На выходе нелинейного преобразователя ставится развязывающий усилитель, который служит для развертки нелинейного преобразователя и фильтров. Усилитель имеет коэффициент равный 1. Такой усилитель представлен на рисунке 4.1. Передаточная функция такого усилителя определяется по формуле (4.1).

Для того, чтобы не нагружать нелинейный элемент возьмем R₁= 2 кОм тогда R₂ определится по формуле (4.2), что R₂=2 кОм

3. Расчет выходных усилителей усилителя

Требуемое выходное напряжение устройства выделения второй гармоники . Из предыдущих расчетов известно, что амплитуда напряжения второй гармоники U_m2 = 2.57В.

Требуемый коэффициент усиления определяется по формуле:

(4.3)

Получаем, что

Выберем схему в соответствии с рисунком 4.2 и зададимся значением

R₁ = 2кОм, тогда

(4.4)

Рисунок 4.2 Принципиальная схема выходного усилителя

Требуемое выходное напряжение устройства выделения третьей гармоники . Из предыдущих расчетов известно, что амплитуда напряжения третьей гармоники U_m3 = 1.79В.

Требуемый коэффициент усиления найдем по формуле (4.3)

Выберем схему в соответствии с рисунком 4.2 и зададимся значением

R₁ = 2 кОм, тогда

Требуемое выходное напряжение устройства выделения второй гармоники . Выходное напряжение генератора . Требуемый коэффициент усиления найдем по формуле (4.3), т.е.

Выберем схему в соответствии с рисунком 4.1 и зададимся значением

R₁ = 2 кОм, тогда

На этом расчет усилителей может быть закончен.

Заключение

В результате расчетов спроектировано устройство, вырабатывающее так называемую, «сетку частот». то есть набор гармонических колебаний заданных частот и удовлетворяющие условиям указанным в техническом задании на устройство. Полученное устройство способно выделять вторую гармонику с частотой f=25 кГц и третью с частотой f=37.5 кГц.

Номиналы резисторов и конденсаторов выбрали так, чтобы отклонение от расчетного значения не превышало ±5%, заносим их в таблицу спецификации( приложение 1)

Расчеты закончились приведением полной принципиальной схемы формирователя гармоник.

Принципиальная схема устройства приведена на рисунке в приложении 2

Для улучшения данного устройства можно использовать сверхвысокочастотные транзисторы, генераторы на операционных усилителях, в качестве фильтров – цифровые фильтры. А сам процесс производства свести к изготовлению миниатюрной интегральной микросхемы.