Проектирование избирательного усилителя

Параметры избирательного усилителя. Выбор функциональной схемы устройства. Расчет основных узлов. Схема неинвертирующего усилителя. Оптимальный коэффициент усиления полосового фильтра. Номиналы конденсаторов и резисторов. Частотные характеристики фильтра.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Техническое задание

Разработать и спроектировать избирательный усилитель (ИУ) в соответствии с индивидуальным кодом: 3 369 536 103 434 295 999 971

Параметры избирательного усилителя

Параметр	Значение
Максимальная мощность на нагрузке, Pн max	8 Вт
Максимальное напряжение на нагрузке, Uн max	25 В
Сопротивление нагрузки, Rн	-
Минимальная частота полосы пропускания, fmin	500 Гц
Максимальная частота полосы пропускания, fmax	7500 Гц
Коэффициент частотных искажений, М	±1,5 дБ
Форма АЧХ при огибающей спектра генерируемого сигнала	Плоская
Величина подавления сигнала на частотах 1/3 fmin и 3 fmax, b	10 дБ
Коэффициент нелинейных искажений, Кf	0,5%
Выходное сопротивление устройства, Rвых	0,5 Ом
Входное сопротивление устройства, Rвх	0,5 МОм
ЭДС генератора входного сигнала, eг	40 мВ
Выходное сопротивление генератора входного сигнала, Rг	0,1 МОм
Выходная емкость генератора входного сигнала, Сг	-
Диапазон регулирования выходной величины в % от макс.значения	-50%
Диапазон изменения температуры среды, ?t	+10?C … +40?C
Вид питающего напряжения	220 В, +10%, -15%, 50 Гц

Введение

В настоящее время широко используется для радиосвязи частотный диапазон. Для построения приемопередающих устройств систем связи необходимы избирательные усилители.

Избирательными называются усилители, полоса пропускания которых сужена для отделения сигналов в нужной полосе частот от сигналов, помех или шумов других частот.

Наиболее используемые избирательные усилители должны быть недорогими и в то же время обеспечивать все предъявляемые к ним требования по параметрам: полосе пропускания, устойчивости, коэффициенту передачи в полосе, собственным шумам, чувствительности, потребляемой мощности, выходной мощности и т.д.

При расчете схем избирательных усилителей исходные данные могут варьироваться в зависимости от назначения и особенностей применения усилителя. В данной работе проведен расчет избирательного усилителя в соответствии с техническим заданием.

1. Выбор функциональной схемы устройства

Рисунок 1 - Функциональная схема избирательного усилителя.

ВУ - входной усилитель, служит для повышения напряжения сигнала до уровня, обеспечивающего нормальную работу усилителя мощности (УМ).

ПФ - полосовой фильтр, предназначен для выделения из сложного сигнала монохромной составляющей.

УМ - усилитель мощности, предназначен для создания в нагрузке сигналов с требуемыми параметрами по мощности, напряжению и току.

РУ - регулятор уровня сигнала

Разделительный конденсатор (С_р) -применение конденсаторов связано с возможностью наличия постоянной составляющей у входного сигнала и с наличием напряжения смещения нуля.

2. Расчет основных узлов устройства

2.1 Входной усилитель

Для входного усилителя выберем схему неинвертирующего усилителя (рис.2).

Рисунок 2 - схема неинвертирующего усилителя

Выберем операционный усилитель исходя из данных технического задания:

Параметр	Значение
Максимальное напряжение на нагрузке, Uн max	25 В
Минимальная частота полосы пропускания, fmin	500 Гц
Максимальная частота полосы пропускания, fmax	7500 Гц
Входное сопротивление устройства, Rвх	0,5 МОм
ЭДС генератора входного сигнала, eг	40 мВ
Выходное сопротивление генератора входного сигнала, Rг	0,1 МОм
Вид питающего напряжения	220 В, +10%, -15%, 50 Гц

Согласно имеющимся данным наиболее подходящим является усилитель LMV821.

Данные по усилителю:

Коэффициент усиления Напряжение смещения нуля Входной ток Выходный ток Частота единичного усиления Скорость нарастания выходного напряжения Коэффициент ослабления синфазного сигнала Потребляемый ток Напряжение питания	К=100 В/мВ; Uсм = 3,5 мВ; IВХ=30 нА; ДIвх= 10 нА; f1= 6,5 МГц; Vu вых = 2,0 B/мкс; Коссф = 85дБ; 1пот = 0,30 мА U = 5 В

Принципиальная схема неинвертирующего усилителя представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Принципиальная схема неинвертирующего усилителя

Коэффициент усиления неинвертирующего усилителя при идеальном ОУ рассчитывается по формуле:

Учитывая, что ЭДС генератора входного сигнала e_г=40 мВ, а максимальное напряжение на нагрузке U_{н max} = 25 В, найдем общий коэффициент усиления К:

Так как оптимальный коэффициент усиления полосового фильтра k_ф=10, то примем коэффициент усиления неинвертирующего усилителя

С учетом найденного К_ос найдем следующие номиналы резисторов:

Из стандартного ряда Е24 выберем наиболее близкие значения резисторов:

R₁=0.51 МОм

R₂=0.51 МОм

R₃=30 кОм

Вычислим номинал разделительного конденсатора исходя из ограничений на коэффициент частотных искажений, появляющихся на низких частотах (общий коэффициент частотных искажений не должен превышать 1,5 дБ, т.е. каждый конденсатор не должен вносить искажения больше, чем на 1,5 дБ):



фильтр избирательный усилитель схема

Из стандартного ряда Е24 выберем наиболее близкие значения резисторов: С_р = 0.68 нФ.

Таким образом, в качестве входного усилителя был выбран неинвертирующий усилитель, удовлетворяющий требованиям, предъявленным в техническом задании.

2.2 Полосовой фильтр

Для проектирования ПФ будем использовать фильтр Баттерворта, т.к. он имеет максимально плоскую АЧХ, умеренную фазовую нелинейность, приемлемую переходную характеристику и достаточно крутой спад АЧХ вне полосы пропускания. АЧХ фильтра представляется формулой:

T(s) = ,

Дл...