«Определение путей повышения нагрузочной способности высоковольтного операционного усилителя» Цель работы: увеличить нагрузочную способность операционного усилителя (ОУ) 1408УД1. Выбрать вариант схемотехнического решения для повышения нагрузочной способности. Рассчитать мощность, рассеиваемую на схеме модернизации. Сделать вывод о возможности внесения схемы модернизации с электрическую схему кристалла. 1. Выбор схемотехнического решения. Принцип управления выходными транзисторами по цепям питания можно применить и в усилителях с высоким напряжением питания. Включенные в цепи питания ОУ транзисторы VT1, VT2 обеспечивают эффективную фильтрацию и стабилизацию напряжения питания ОУ. Кроме того, через эти транзисторы, включенные по схеме ОБ. управляющий ток поступает в цепи баз транзисторов VT3. VT4 выходного каскада. Недостаток усилителя — зависимость напряжения питания ОУ от стабильности общего питающего напряжения. Поэтому, если используется нестабилизированный источник, резисторы R2, R5 лучше заменить стабилитронами. На рисунке 1 приведена электрическая принципиальная схема модернизации выходного каскада ОУ. Рис. 1. Электрическая принципиальная схема модернизации выходного каскада ОУ 2. Моделирование 2.1 Зависимость максимального выходного напряжения от сопротивления нагрузки. Рис. 1. Электрическая принципиальная схема включения исходного усилителя, построенная в программе Multisim 14. Рис. 1. Электрическая принципиальная схема включения модернизированного усилителя, построенная в программе Multisim 14 Таблица 1. Выходное напряжение исходного и модернизированного ОУ при различных видах нагрузки и напряжениях питания Нагрузка, [Ом] 0,5 Выходное напряжение исходной схемы, [В] Для Ucc=27 B 10.081 Для Ucc=30 B 10.080 Выходное напряжение модернизированной схемы, [В] Для Ucc=27 B 26.956 Для Ucc=30 B 29.956 0.75 1 1,25 1,5 1,75 2 5 10 20 15.118 20.152 23.255 23.432 23.550 23.639 24.018 24.155 24.233 15.116 20.149 25.180 26.321 26.459 26.560 26.985 27.137 27.222 26.962 26.966 26.960 26.970 26.972 26.973 26.978 26.980 26.981 29.962 29.966 29.969 29.970 29.972 29.973 29.978 29.980 29.981 Рис. 1. Типовая зависимость максимального выходного напряжения от сопротивления нагрузки, взятая с ОС «Восход» - КРЛЗ Рис. 2. Зависимость максимального выходного напряжения от сопротивления нагрузки, полученная при моделировании исходного ОУ Рис. 3. Зависимость максимального выходного напряжения от сопротивления нагрузки, полученная при моделировании модернизированного ОУ 2.2 Усиление переменного сигнала Для определения реакции ОУ на синусоидальное входное напряжение выберем неинвертирующую схему включения ОУ (рис. 1.). Рис. 1. Электрическая принципиальная схема неинвертирующего усилителя Коэффициент усиления усилителя для наглядности выберем равным Ку=2. Тогда значения резисторов в цепи обратной связи будут рассчитывать по следующим формулам: Примем R1 Тогда R2 будет ранво На рисунке 1 и рисунке 2 приведены электрические принципиальные схемы включения исходного и модернизированного усилителя, построенные в программе Multisim 14. Коэффициент усиления данной схеме составляет Ку=2. Рис. 1. Электрическая принципиальная схема включения исходного усилителя Ку=2, построенная в программе Multisim 14. Рис. 1. Электрическая принципиальная схема включения модернизированного усилителя с Ку=2, построенная в программе Multisim 14 Рис. 1. Осциллограммы входного и выходного напряжения исходного усилителя Рис. 1. Осциллограммы входного и выходного напряжения модернизированного усилителя усилителя Характеристики модернизированного усилителя Его коэффициент усиления — 10, амплитуда выходного напряжения — 29,5 В (при напряжении питания 30 В), максимальная выходная мощность — 11 Вт, коэффициент гармоник — 0,4 %, полоса пропускания по мощности — 30 кГц. Величину напряжения питания ОУ задают делители R1-R2 и R5-R6. Частотную коррекцию усилителя осуществляет конденсатор C1. Высокая линейность усилителя гарантируется при равенстве сопротивлений резисторов R7 и R8 и подборе транзисторов VT3, VT4 с близкими параметрами. Параметры транзисторов VT1, VT2 на величину нелинейных искажений существенного влияния не оказывают. 2.3 Расчет мощности рассеиваемой на схеме модернизации Ток проходящий через транзисторы модернизации и напряжение на них приведены в таблице 3. Таблица 3. Вывод: в результате выполнения научно-исследовательской работы были изучены особенности увеличения нагрузочной способности усилителя. Была выбрана схеме усовершенствования и промоделированы схемы исходного усилителя и модернизированного. В результате модернизации нагрузочная способность усилителя увеличилась в 40 раз, что дает возможность использовать его на нагрузку от 50 Ом. Была рассчитана мощность рассеиваема на транзисторах схемы модернизации, которая составляет ** Вт. Величина данной мощности позволяет внести схему модернизации в электрическую схему кристалла, без использования внешних элементов и установки радиаторов.
