Общие принципы проектирования усилителя напряжения

 

Аналоговый усилитель напряжения может быть разработан на интегральных микросхемах различного типа, на полевых транзисторах, на биполярных транзисторах (корпусных или бескорпусных). Учитывая небольшое значение требуемого коэффициента усиления по напряжению достаточно одного каскада усиления.

Выберем вариант с корпусным биполярным транзистором, как более дешевый. Учтем также, что можно применить только схему “с общим эмиттером”, без дополнительных усложнений, т.к. она обеспечивает и требуемое усиление, и согласование, в соответствии с величинами сопротивлений, указанным в задании. Схема “с общим коллектором” не усиливает напряжение, а схема “с общей базой” имеет маленькое входное сопротивление (десятки “Ом”), что не соответствует заданию.

 

Общие принципы и анализ спектра сложного периодического сигнала

 

Во всех вариантах задания, входной сигнал теоретически бесконечные импульсы различной формы (четные, нечетные, с постоянной составляющей или без нее). В реальных условиях “не бесконечные во времени”, но “достаточно протяженные” последовательности, встречаются часто. Анализ подобных последовательностей заключается в замене их – аналитическим выражением в виде некоторого “алгебраического” ряда с более простыми функциями. В аналоговой радиотехнике наибольшее применение для таких целей нашел “гармонический” ряд Фурье. Именно разложение в такой ряд в радиотехнике и принято называть спектром периодического сигнала. Рисунки амплитуд и начальных фаз отдельных “гармоник” ряда называют амплитудным и фазовым спектром.

Разложение в ряд Фурье будет рассмотрено в разделе 4.

 

Общие принципы анализа прохождения входного сигнала через радиотехнические устройства

 

а) После определения составляющих бесконечного спектра входного сигнала, целесообразно провести сравнение, например, амплитуд первой и четвертой-пятой из них, меньше 0, 1 0, 2 доли от амплитуды первой, то “расчетный” спектр ограничивается, пренебрегая гармониками с небольшими амплитудами;

б) Анализируется фильтра для гармоник, оставшихся в “расчетном” спектре и определяются амплитуды в спектре сигнала на выходе фильтра. Можно принять, что фильтр не дает дополнительного фазового сдвига;

в) На входе усилителя целесообразно включить разделительный конденсатор, чтобы “постоянная составляющая”, если она имеется в сигнале, прошедшем через фильтр, не изменила режим по постоянному току усилителя. Ввиду малых по амплитуде переменных сигналов усилитель будем считать линейным для переменных сигналов (с постоянным ). Кроме того, будем учитывать, что схема “ОЭ” дает дополнительный фазовый сдвиг .

 

Замечание

 

Так как при расчетах различного вида будут встречаться различные “округления”, считаем, что разрешена погрешность в расчетах 10% на любом этапе расчета.

 

РАЗРАБОТКА СХЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ФИЛЬТРА.

Основные положения теории

 

Итак, в разделе 1 был выбран метод синтеза в согласованном режиме из одинаковых звеньев “Г-типа”, LC-схемы которых показаны на рисунке 3.

Условные обозначения:

 f2 – граничная частота полосы пропускания;

 f3 – граничная частота полосы задерживания;

 Кпр=f3/f2 -коэффициент прямоугольности;

, не менее – гарантированное ослабление в ПЗ;

, не более – минимальное ослабление в ПП;

Rг= Rвхф=Rвыхф=Rн – значения сопротивлений для согласованного режима.

Расчетные формулы для ФНЧ, например, из [1]:

 

                                                                  (1)

                                                             (2)

                           (3)

                                                        (4)

              (5)

 

Последнее выражения справедливы только для построения графика в полосе задерживания и в переходной полосе. В полосе пропускания, по этому методу, считается , т.е. требования задания в рассчитанной эквивалентной схеме выполняются. Подключать звенья (одно к другому) можно “любыми клеммами”.

Если из ФНЧ требуется получить ПФ, и из ФВЧ – РФ, то отдельные “ветви” ФВЧ и ФВЧ преобразуются добавлением добавочных элементов к виду “рисунков 3 в, г”. Дополнительные элементы ветвей определяются по формуле:

 

, где - средняя частота ПФ или РФ.

 

Синтез эквивалентной схемы

 

В данном варианте задания, имеем ФНЧ обладающий следующими характеристиками:

 

 f2  = 180 кГц;

 f3  = 60 кГц;

 Кпр = 1/3;

 а гар = 22 дБ:

 ∆ a = 2, 2 дБ;

 Rг=Rн=Rф=1 кОм.

 

Требования к расчёту и звено фильтра представлены на рисунке 5 а, б.

 

 

 

 

    а)                                                                б)

Рис. 5

 

Рассчитаем основные параметры эквивалентной схемы:

 

 

 

, т.е. n_{звеньев}=2

Формула для построения графика ослабления при f< f₂:

 

 

На рисунке 6 представлена промежуточная и окончательная эквивалентные схемы с идеальными LC элементами.

 

Рис. 6

После пересчета элементов имеем:

С₁ = 0, 44 нФ, L₁=0, 44 мГн, С₂=0, 88 нФ, L₂=0, 88 мГн.

 

На рисунках 7а, 7б показаны графики ослабления и коэффициента передачи по напряжению.

              а                                                         б

Рисунок 7

 

График на рисунке 7б построен по формуле: . Сдвиг фазы, создаваемый фильтром будем считать в последующих расчетах нулевым.

 

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться: