Аналоговые электронные устройства

курсовая работа

4. Регулировка усиления

По условию ТЗ усилитель должен обеспечивать динамический диапазон входных сигналов 20 дБ. Т. е. амплитуда входных сигналов меняется от 5,5 мВ до 55 мВ. Схема регулировки усиления должна позволять изменять коэффициент усиления в зависимости от приходящего на вход сигнала. При этом накладывается требование не превышения заданного уровня линейных искажений сигнала. Проведём краткий сравнительный анализ двух основных схем регулировок усиления: регулировка обратной связью и потенциометрическую регулировку.

Схема регулировки обратной связью улучшает частотную характеристику усилителя, увеличивает входное сопротивление, даёт некоторые другие преимущества, свойственные обратной связи. Однако её использование требует, чтобы входной сигнал не перегружал каскад. В условиях ТЗ это означает, что максимальный сигнал (55мВ) должен помещаться на линейном участке входной статической характеристики (слева и справа от рабочей точки). В противном случае возникают недопустимые нелинейные искажения. Среди маломощных транзисторов отсутствуют примеры со столь широким линейным участком входной статической характеристики. Поэтому данный способ регулировки неприемлем.

Главное достоинство потенциометрической регулировки - ее простота. Она решает указанную проблему: входное напряжение делится таким образом, что на входе первого каскада всегда присутствует напряжение, соответствующее минимальному уровню входного сигнала (5,5 мВ). Однако данный способ регулировки ухудшает частотную характеристику усилителя. Поставим потенциометрическую регулировку, задав необходимый уровень искажений на верхних частотах допустимым временем нарастания сигнала. Схема потенциометрической регулировки приведена на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 - Схема регулировки усиления

Посчитаем время нарастания сигнала без учёта схемы регулировки усиления.

,

где времена нарастания соответственно выходного, предоконечного, промежуточного, и входного каскадов. Отпустим на входную цепь время нарастания . Тогда итоговое время нарастания всего усилителя:

Видим, что итоговое время нарастания сигнала намного меньше максимально допустимого.

Значение постоянной времени входной цепи будет равно:

Определим значение регулировочного сопротивления по следующей формуле:

Коэффициент деления входного сигнала при отсутствии (крайнее верхнее положение движка потенциометра):

Такой коэффициент деления будет, если подавать на вход 5,5 мВ. Общий коэффициент в данном случае равен произведению коэффициентов усиления всех каскадов:

.

Сигнал усиливается с некоторым запасом (по условию ТЗ коэффициент усиления должен быть равен 1091). Для усиления импульсов с амплитудой
55 мВ необходимо уменьшить их с помощью схемы регулировки в 10 раз, т.е. коэффициент деления . Договоримся, что ту часть регулировочного сопротивления, которая находится сверху от бегунка, мы обозначим за , а ту часть, которая находится снизу обозначим за .

;

.

Зная требуемый коэффициент деления необходимо найти - долю сопротивления ниже движка регулировочного потенциометра. Это можно сделать из следующего равенства:

Упуская большие математические выкладки, запишем результат:

.

Максимальная постоянная времени первого каскада с учётом схемы регулировки усиления получается, когда будет выполняться условие:

.

Это возможно когда , а , тогда

.

.

Теперь можем посчитать время нарастания выходного сигнала с учетом времени нарастания входного сигнала всего усилителя:

.

Делись добром ;)