Проектирование селективного усилительного устройства

Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет - УПИ Кафедра Радиоэлектроники информационных систем ПРОЕКТИРОВАНИЕ СЕЛЕКТИВНОГО УСИЛИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине Схемотехника аналоговых электронных устройств 200700 0 079

П3 Студент Хохлов П.А.Группа Р-33051Руководитель Марков Ю.В.Дата Оценка Екатеринбург 2006 СОДЕРЖАНИЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ, СИМВОЛЫ И СОКРАЩЕНИЯ. 1 ВВЕДЕНИЕ. 3 ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ. 1.1 Доработка ТЗ 1.2 Выбор структурной схемы 1.3 Расчетная часть 3.1 Расч т входного каскада 5 1.3.2

Расчет полосовых фильтров 3.3 Расч т выходного каскада 1.4 Регулировка усиления 1.5 Выбор элементов схемы и операционного усилителя 5.1 Выбор ОУ 5.2 Выбор компонентов схем фильтров 11 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 12 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 13 ПРИЛОЖЕНИЕ . 14 УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ, СИМВОЛЫ И СОКРАЩЕНИЯ. f01 f02, f03 частота настройки, кГц

КU коэффициент усиления Uвых выходное напряжение, В ?f1 ?f2, ?f3 полоса пропускания, кГц АЧХ амплитудно-частотная характеристика ОУ операционный усилитель ТЗ техническое задание ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ. Согласно ТЗ необходимо спроектировать селективный усилитель со следующими параметрами UВЫХ 2 В напряжение на выходе селективного усилителя f01 75 кГц f02 150 кГц f03 300 кГц f1 30 кГц

f2 50 кГц f3 80 кГц. Регулировка усиления, дБ П 15. Параметры генератора ЕГ 0.01В RГ 2 кОм. Параметры нагрузки RH 104 Ом СН 50 пФ. Крутизна ската фильтров 40 дБ декада ВВЕДЕНИЕ. Частотно-избирательные селективные усилители ЧИУ это усилители обладающие способностью выделять полезный сигнал, соответствующий заданной частоте

или полосе частот, из всей совокупности сигналов, поступивших на вход усилителя. Селективные усилители применяют там, где из совокупности принимаемых сигналов необходимо выделить только те сигналы, которые занимают определенный участок спектра частот. Полосу частот, в которой сигналы усиливаются, называют полосой пропускания прозрачности . Полосу частот, в которой сигналы подавляются, называют полосой заграждения задержания .

В зависимости от взаимного расположения полос пропускания и заграждения различают следующие виды усилителей нижних частот, верхних частот, полосовые пропускающие, полосовые заграждающие. В данном курсовом проекте проводится расчет и анализ ЧИУ. Для этого нужно рассчитать усилительные каскады, необходимые для согласования источника сигнала и нагрузки, активные фильтры для выделения заданных частот .

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ. 1.1 Доработка ТЗ Согласно ТЗ рассчитываем коэффициент усиления 1.2 Выбор структурной схемы Рис. 1. Структурная схема ЧИУ. Входное устройство представляет собой ОУ при неинвертирующем включении. Входное устройство предназначено для предварительного усиления сигнала, а также согласования усилителя с источником сигнала. Полосовые фильтры 1, 2 и 3 представляют собой фильтры четвертого порядка.

Четвертый порядок фильтра получен путем каскадного соединения фильтров второго порядка. Выходное устройство. Сумматор выполняет роль суммирования сигналов с выхода полосовых фильтров, два операционных усилителя на инвертирующем и не инвертирующем включениях для получения двух сигналов равных по амплитуде и противоположных по фазе. 1.3 Расчетная часть Расчет элементов схемы производился с помощью математического пакета

Mathcad 2001 Professional. 3.1 Расч т входного каскада а Неинвертирующий усилитель Поскольку сопротивление генератора RГ равно 2 кОм, следовательно, выбираем для входного каскада неинвертирующий усилитель рис. 2 , т.к. он имеет высокое входное сопротивление. Рис. 2. Неинвертирующий усилитель. Коэффициент усиления данного усилителя определяется по следующей формуле

Выберем для данного усилителя коэффициент усиления Ku 20, и сопротивление R1 равным 1 кОм, тогда Ом 20 кОм 3.2 Расчет полосовых фильтров Рассчитаем добротности полосовых фильтров . Для реализации полосовых фильтров выбираем биквадратную схему рис. 4 . Она требует большего числа элементов, чем схемы с многопетлевой обратной связью

МОС и на ИНУН, однако из-за е стабильности, над жности и прекрасных возможностей по настройке она очень популярна. Рис. 3. Биквадратный полосовой фильтр Согласно ТЗ нужно обеспечить крутизну скатов 40 дБ декада, для этого соединим два звена второго порядка фильтра Чебышева четв ртого порядка каскадно Рис. 4. Каскадное соединение фильтров. Настройка биквадратного полосового фильтра мкость

С выбирается любой, но желательно близкой к близкой к Номинал резистора R4 свободная величина, однако рекомендуется выбирать следующим образом Рассчитываются коэффициенты где с 1.516203 коэффициент звена второго порядка фильтра Чебышева K 1 коэффициент усиления полосового фильтра 1. Расч т элементов первого полосового фильтра f01 75 кГц, f1 30 кГц .

Используем номинал 0.13 нФ из ряда E24. Используем номинал 16 кОм из ряда Е24 Из ряда Е24 выбираем R1 R2 27 кОм R3 16 кОм 2. Расч т элементов второго полосового фильтра f02 150 кГц, f2 50 кГц . Используем номинал 68 пФ из ряда E24. Используем номинал 16 кОм из ряда Е24 Из ряда Е24 выбираем R1 R2 33 кОм R3 16 кОм 3.

Расч т элементов третьего полосового фильтра f03 300 кГц, f3 80 кГц . Используем номинал 33 пФ. Используем номинал 16 кОм из ряда Е24 Из ряда Е24 выбираем R1 R2 39 кОм R3 16 кОм Поскольку номиналы сопротивлений несколько отличаются от расчетных значений, возможно незначительное смещение частот настройки фильтров. 3.3 Расч т выходного каскада Выходной каскад представляет собой сумматор на инвертирующем

ОУ рис. 5 . Рис. 5. Инвертирующий сумматор. Выберем KU1 KU2 KU10. В результате общий коэффициент усиления схемы КUСХ КUвх КUвых 40 10 400 кОм используем номинал 1 кОм. кОм используем номинал 10 кОм. Для получения на выходе напряжения 2В и 2В после сумматора поставим два операционных усилителя на инвертирующем и не инвертирующем включениях. 1.4 Регулировка усиления

Регулировка усиления плавная 15 дБ т.е. 5.6 раз . Данная задача решается за сч т регулировки протекающего через селективный усилитель тока. На входе стоит потенциометр, ограниченный заземленной нагрузкой для того, чтобы можно было регулируемое сопротивление принять равным нулю . Таким образом, мы должны изменять коэффициент усиления от 17.857 до 100 . Ток, протекая через потенциометр, определяет падение напряжения на регулируемом и на заземленном сопротивлениях.

Нужно, чтобы они относились, как Uзаземл. Uзаземл. Uрег 1 5.6, т.е. Uрег 4.6 частей, а Uзаземл 1 часть. Сопротивления будут иметь те же пропорции возьмем Rрег 10 кОм, Rзаземл 2.2 кОм . Когда Rрег 0, тогда ток неизменный, т.е. K 200. Когда Rрег 10 кОм, тогда только 1 5.6 тока попадет в схему и, следовательно,

K 35.714 Так, изменяя плавно Rрег от 0 до 10 кОм, получим плавную регулировку усиления. 1.5 Выбор элементов схемы и операционного усилителя 1.5.1 Выбор ОУ Операционный усилитель выбирается, исходя из нескольких требований. АЧХ всей схемы должна лежать внутри собственной АЧХ операционного усилителя. Основные параметры для выбора операционного усилителя а

По коэффициенту усиления. Собственный коэффициент усиления операционного усилителя на нулевой частоте должен быть не менее КОУ gt gt КСХ. б по частотным свойствам в режиме малого сигнала. Необходимо выбрать частоту единичного усиления операционного усилителя f1, удовлетворяющая условию KОУ f0В lt f1ОУ. Для входного и оконечного каскадов KОУ f0В ? 2 МГц Для полосовых фильтров KОУ f0В f0В 340 кГц в по динамическому диапазону

Uвых 2 В lt Uвых макс г по быстродействию в режиме большого сигнала Исходя из вышесказанного, выберем операционный усилитель К140УД8Г. Ниже приведены основные параметры данного ОУ. 1Максимальное выходное напряжение 10 В2Напряжение питания15 В2Коэффициент усиления напряжения50 0003Частота единичного усиления3

МГц4Максимальная скорость нарастания выходного напряжения10 В мкс5Сопротивление нагрузки, не менее20 кОм6Емкость нагрузки, не более1000 пФ 1.5.2 Выбор компонентов схем фильтров Для обеспечения высокого качества работы активных фильтров в их схемах следует использовать компоненты, которые имеют малый разброс параметров. Для схем фильтров второго порядка рекомендуются конденсаторы с допуском 5 и сопротивления с допуском 2

. ЗАКЛЮЧЕНИЕ В данном курсовом проекте был произведен расчет электрической принципиальной схемы селективного усилительного устройства. После расчета элементов схемы было произведено моделирование устройства в программном пакете Electronics Workbench . На основании результатов моделирования амплитудно-частотная характеристика устройства можно сделать вывод, что данная электрическая схема полностью удовлетворяет требованиям ТЗ Ku 200, f01 75 кГц, f02 150 кГц, f03 300 кГц, f1 30 кГц, f2 50 кГц, f3 80 кГц

АЧХ схемы приведена в ПРИЛОЖЕНИИ 1 . СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Джонсон Д Джонсон Дж Мур Г. Справочник по активным фильтрам Пер. с англ. М.Н. Микшиса. М. Энергоатомиздат, 1982. 220 с. 2. Фолкенберри Л. Применение операционных усилителей и линейных ИС Пер. с англ. М. Мир, 1985. 572 с. 3. Павлов В.Н

Ногин В.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств. М. Радио и связь, 1997. 320 с. 4. Аналоговые измерительные устройства Учебн. пособие В.Г. Гусев, А.В. Мулик Уфимск. гос. авиац. техн. ун т. Уфа, 1996. 147 с. ил. 5. Шульгин О.А Шульгина И.Б Воробь в А.Б. Электронный справочник по полупроводниковым приборам.

Фирма-разработчик Laser Art Приложение1