Выбор предварительного усилителя

Предварительные усилители необходимы для согласования различных сигналов, поступающих от одного блока к другому. В проектируемой системе ПУ необходим для усиления слабого сигнала, поступающего от микрофона на микропроцессор.

Предварительный усилитель обычно состоит из коммутаторов входных и выходных сигналов, каскадов усиления напряжения и регуляторов громкости сигнала. Очень часто регуляторы включают на выходе промежуточных усилителей. Регуляторы громкости могут иметь различное схемное решение от простых, построенных на резисторах, до сложных, выполненных с применением микропроцессора. Так как в нашей системе присутствует микропроцессор, то остановимся на регуляторе громкости, который будет встроен в микропроцессор. Каскады усиления и регуляторы могут быть соединены в разной последовательности. Каскады усиления строятся с применением операционных усилителей (ОУ), которые включают по следующей схеме:

Рисунок 5 - Схема включения промежуточного усилителя

Операционный усилитель обычно подбирается по отношению выходного напряжения к входному. В проектируемой системе напряжение на входе ПУ, должно соответствовать выходному напряжению микрофона . Выходное напряжение ПУ должно соответствовать входному напряжению микропроцессора .

Тогда коэффициент усиления K1 операционного усилителя будет равно отношению этих напряжений:

(27)

Наиболее близкому к этому значению, соответствует операционный усилитель К153УД4, который имеет следующие характеристики [6]:

входной ток, нА 100;

входное сопротивление, МОм 0,2;

максимальный коэффициент усиления по напряжению 5000;

выходное сопротивление, Ом 1000;

ток потребления, мА 0,8.

Подбираем резисторы R1 и R2 таким образом, чтобы обеспечивался нужный коэффициент усиления.

Так как неинвертирующий вход ОУ соединен с общим проводом, то потенциал на нем будет равен нулю:

(28)

После подачи сигнала на вход ПУ, через резисторы начинает протекать ток. Для его нахождения воспользуемся вторым законом Кирхгофа:

(29)

Выразим из (29) ток i:

(30)

Потенциал на инвертирующем входе:

(31)

Подставим (30) в (31):

(32)

Выходное напряжение ОУ, связано с входным следующим соотношением:

(33)

где К - коэффициент усиления выбранного ОУ.

Подставляя (28) и (32) в (33) найдем отношение выходного напряжения ПУ к входному:

(34)

Сопротивление R1 выбирают минимальным, чтобы исключить подавление слабого входного сигнала. Обычно оно составляет 10…50 Ом. Выбираем R1=20 Ом.

Подставляя известные численные значения в (34), найдем R2:

Передаточная функция для промежуточного усилителя определяется как отношения напряжения на выходе к напряжению на входе.

(35),

Так промежуточные усилители ПУ1 и ПУ2 подключаются к одному микропроцессору, то и к входу каждого усилителя подключается микрофон с одинаковым уровнем выходного напряжения, то , и, следовательно, передаточные функции обоих усилителей будут равны:

Статья в тему

Система автоматического регулирования захватом руки робота манипулятора
Робот - это универсальный автомат, позволяющий выполнять механические действия. Его принципиальной особенностью является быстрая оперативная перестройка с одной выполняемой операции на другую. Существует несколько разновидностей роботов и для каждого из них имеется своё определение. ...