Напруга (різниця потенціалів) – робота, яка затрачається на переміщення одиничного заряду з однієї точки в іншу.
Напруга вимірюється у вольтах.
Для вимірювання напруги використовуються прилади, які називаються вольтметрами, мілівольтметрами тощо.
Закон Ома для ділянки електричного ланцюга має вигляд:
U = RI, (2.1)
де U – напруга чи різниця потенціалів;
I – сила струму;
R – опір.
Закон Ома також застосовується і до всього ланцюга, але в дещо в зміненій формі:
, (2.2)
де
– ЕРС ланцюга;
I – сила струму в ланцюзі;
R – опір всіх елементів ланцюга;
r – внутрішній опір джерела живлення.
Якщо ланцюг містить не лише активні, але і реактивні компоненти (ємності, індуктивності), а струм являється синусоїдальним з циклічною частотою ω, то закон узагальнюється: величини, що входять в нього стають комплексними
(2.3)
де U = U0eiωt – напруга чи різниця потенціалів;
I – сила струму;
Z = Re–iδ – комплексний опір;
R = (Ra2+Rr2)1/2 – повний опір;
Rr = ωL – 1/ωC – реактивний опір (різниця індуктивного і ємнісного);
Rа – активний опір, що не залежить від частоти;
Δ = arctg Rr/Ra – зсув фаз між напругою і силою струму.
Імпульсні генератори – призначені для одержання сигналів, форма яких суттєво відрізняється від синусоїдальної. Такі сигнали характеризуються наявністю ділянок з відносно повільною зміною амплітуди і її стрибковою зміною. Імпульсні генератори мають внутрішній або зовнішній позитивний зворотній зв’язок.
Особливість роботи активних елементів: вони періодично, дуже швидко змінюють свій стан з одного крайнього положення в інше.
Основні режими імпульсних генераторів:
– автоколивальний – після збудження генерується послідовність імпульсів, характеристики яких визначаються лише параметрами елементів схеми;
– очікування – генератори імпульсів відбуваються лише за наявності зовнішнього сигналу запуску;
– синхронізації – частота вихідних імпульсів рівна чи кратна частоті зовнішнього синхронізуючого сигналу.
Формувачі імпульсів – пристрої, які виробляють імпульси необхідної тривалості з інших імпульсів чи з перепаду напруг (фронту).
Формувачі імпульсів бувають:
– на логічних елементах;
– з інтегруючим ланцюгом;
– з емітерним повторювачем;
– на мікросхемах.
2.2 Розробка структурної схеми перетворювача
На рисунку 2.1 наведена спрощена структурної схеми перетворювача.
Рисунок 2.1 – Спрощена структурна схема перетворювача
АМВ – автоколивальний мультивібратор, використовується для того, щоб сформувати імпульси вхідного сигналу з певною частотою. Межі частоти зазначені в умові f = 15 кГц;
ПП – первинний перетворювач на основі ОП, призначений для перетворення струму у напругу;
К – компаратор, що формує вихідні сигнали;
ПК – проміжний каскад;
ПП – підсилювач потужності, використовується для забезпечення потужності на навантаженні
2.3 Попередній розрахунок АМВ
Даний каскад використовується для генерування імпульсів зі сталою напругою і частотою. Особливих вимог до даного генератора не висувається.
Задана частота перетворення 15 кГц та напругу на виході 15 В.
Напруга на виході генератора не повинна бути висока для зменшення похибки. Нехай Uвих= 15 В, тоді
=(1,2…1,4) Uвих = (7–9) В.Задамося
= 
В.Гранична частота на виході ОП має бути досить висока.
Визначимо напругу живлення за заданою амплітудою вихідних імпульсів:
, (2.4) 
, 
, (2.5)Виберемо ОП К554УД2А.
Основні параметри:
В вхідна напруга; 
В максимальна вихідна напруга; 
Ом вихідний опір; 
МГц гранична частота.2.4 Попередній розрахунок первинного перетворювача
Для первинного перетворювача обираємо той же операційний підсилювач, так як напруга живлення в нас не змінюється:
= В.Задамося R5 = R6 =1кОм.
Напруга на виході перетворювача розраховується наступним чином:
10мВ…1В,
100мВ….10В.
Перший діапазон:
Uвх max = 1 В,
Uвих max = 10 В,
Кu = Uвих max/ Uвих max = 10, (2.6)
Кu = (1 + R4 / R3), (2.7)
Задамося R4 > 200 кОм,
R3 = 22,2 кОм.
Другий діапазон:
Кu = 10,
Кu = (1 + R4 / R5), (2.8)
R5 = 22,2 кОм.
2.5 Попередній розрахунок компаратора
Перетворення напруги Ux, що прямо пропорційна струму Іx, здійснюється за допомогою порівнювального пристрою – компаратора напруги. На один вхід компаратора поступає перетворювана напруга Ux, а на другий – пиловидна напруга. В момент збігу миттєвого значення пиловидної напруги з величиною напруги Ux, змінюється вихідний стан компаратора, який зберігається до закінчення пиловидної напруги. З цього слідує, що на виході компаратора формується імпульс, що пропорційний напрузі Ux, і, відповідно, значенню струму Іx. Мінімальна тривалість імпульсу на виході компаратора для чіткої її фіксації має бути не менше 1 мкс.
Напруга Ux, що пропорційна Іx, змінюється від 10 мВ до 10 В, тоді амплітуда пиловидної напруги теж має змінюватись від 10 мВ до 10 В. Період повторення складає Т = 100 мкс, тобто швидкість наростання вихідного сигналу складе 0,1 В/мкс. Формування пиловидної напруги здійсним задопомогою генератора на основі очікуваного мультивібратора з періодичним шунтуванням ключових елементів час заданого кола. Амплітуда вихідного імпульсу має бути не менше 15 В на опорі навантаження 5 Ом. Оберемо компаратор СА1. Основними параметрами компаратора є швидкість зростання напруги ρ, і максимальний час фронту tф.
Розрахуємо граничну частоту:
, (2.9) 
=1 мкс, 
, (2.10) 
=1/100 мкс 
(2.11) 
2.6 Попередній розрахунок підсилювача потужності
В якості підсилювача потужності використаємо підсилювальний каскад, побудований за схемою спільний колектор. Так як за рахунок від’ємного зворотного зв’язку він має малий вихідний опір та мале спотворення.
Розрахуємо потужність на виході даного каскаду.
Початкові дані:
10 В, Rн = 5 Ом,Іmax=
, (2.12)Іmax =
.Розрахуємо максимальну вихідну потужність:
Рmax=UmaxImax;, (2.13)
Рmax =10*2=20 (Вт).
Визначимо напругу живлення підсилювача потужності:
Ек=1,2 Umax, (2.14)
Ек= 12 (В).
Визначаємо потужність транзисторів:
Рн =1,1
, (2.15)Рн =11 (Вт).
Така потужність відповідає гармонічному сигналу і тому при розрахунках має бути скорегована для конкретного типу сигналів.
Так як ми використовуємо двотактний каскад, то визначаємо потужність одного транзистора
Рк=
, (2.16)Рк =5,5.
Визначаємо верхню робочу частоту.
Використовуємо наближену формулу
, (2.17) 
МГц.За даними параметрами з довідника оберемо транзистори КТ850В типу NPN та КТ851В типу PNP (таблиця 2.1).
Таблиця 2.1 – Основні параметри транзистора
2.7 Попередній розрахунок проміжного каскаду