Проектирование промежуточной части измерительного усилителя

В промежуточной части поставил каскадное соединение двух ИОУ КР140УД26. Таким образом, с учетом каскадов ОУ входной и выходной частей, в схеме ИУ получилось четное число ИОУ, поэтому полярность сигнала на входе и выходе ИУ будет одинаковой. Последовательно каскаду ОУ поставил фильтр низких частот (ФНЧ) и фильтр высоких частот (ФВЧ). Включение в схему фильтров вызвано необходимостью усиления только рабочих частот, приведенных в ТЗ. Включение в схему ФВЧ вызвано так же необходимостью снятия на выходе ИУ. Схема каскада ОУ с ФНЧ и ФВЧ приведена на рис. 3, где У1 и У2 — ИОУ КР140УД26.

Схема включения ОУ КР140УД26 и его ТХ приведены в приложении 6.

Рис. 3.

Усиление схемы производится по току, то общий коэффициент усиления семы будет равен отношению выходного и входного токов схемы.

(11).

Т.к. ИУ представляет собой многокаскадное соединение ОУ во входной, промежуточной и выходной частях, то.

(12).

Из формул (11) и (12), с учетом, К= ,.

получил. , причем, где и — коэффициенты усиления первого и второго каскадов промежуточной части.

На первый каскад подал коэффициент усиления = 5, на второй =2.

Расчет первого каскада.

Т.к. =, подобрал сопротивления,. Большой номинал сопротивления R выбрал исходя из условия предотвращения перегорания ОУ, чтобы обеспечить достаточную нагрузку ОУ.

По характеристикам ОУ КР140УД26, в частности, К = 100•10, ѓ = 20 МГц и параметрам ТЗ: ѓ= 8000Гц, ѓ= 150Гц построил ЛАЧХ и ЛФЧХ, где К — коэффициент усиления, ѓ- частота единичного усиления ОУ КР140УД26, ѓ и ѓ- верхняя и нижняя границы диапазона частот. Графики ЛАЧХ и ЛФЧХ приведены в приложении3.

По ЛАЧХ определил: К (ѓ) = 2138; К (ѓ) = 1,14•10, где К (ѓ) и К (ѓ) — коэффициенты усиления ОУ на верхней и нижней границах диапазона частот соответственно.

ѓ и ѓ попали на горизонтальную часть ЛФЧХ, поэтому фазового сдвига не наблюдается Дц= 0?.

При выбранном коэффициенте усиления первого каскада промежуточной части К=5, НС ОУ не повлияет на выходной сигнал, поэтому в дальнейшем его не учитывал.

1. Рассчитал R:

R= ,.

получил R= 1,666 кОм.

2. Рассчитал глубину обратной связи (ОС):

г =, получил г = 0,1666.

3. Рассчитал м :

м =, получил м = 0,8333.

4. Рассчитал коэффициент частотных искажений:

М= ,.

получил М=1,633.

.

Полученное значение коэффициента частотных искажений М=1,633 ?1 говорит о наличии незначительных частотных искажений.

5. По полученному значению коэффициента частотных искажений определил погрешность коэффициента усиления в полосе рабочих частот:

= 0,633%.

Расчет второго каскада.

Т.к. =, подобрал сопротивления,. Большой номинал сопротивления R выбрал исходя из условия предотвращения перегорания ОУ, чтобы обеспечить достаточную нагрузку ОУ.

По характеристикам ОУ КР140УД26, в частности, К = 100•10, ѓ = 20 МГц и параметрам ТЗ: ѓ= 8000Гц, ѓ= 150Гц построил ЛАЧХ и ЛФЧХ, где К — коэффициент усиления, ѓ- частота единичного усиления ОУ КР140УД26, ѓ и ѓ- верхняя и нижняя границы диапазона частот. Графики ЛАЧХ и ЛФЧХ приведены в приложении3.

По ЛАЧХ определил: К (ѓ) = 2138; К (ѓ) = 1,14•10, где К (ѓ) и К (ѓ) — коэффициенты усиления ОУ на верхней и нижней границах диапазона частот соответственно.

ѓ и ѓ попали на горизонтальную часть ЛФЧХ, поэтому фазового сдвига не наблюдается Дц= 0?.

При выбранном коэффициенте усиления второго каскада промежуточной части К=2, НС ОУ не повлияет на выходной сигнал, поэтому в дальнейшем его не учитывал.

1. Рассчитал R:

R=, получил R= 3,333 кОм.

2. Рассчитал глубину обратной связи (ОС):

г =, получил г = 0,3333.

3. Рассчитал м :

м =, получил м = 0,6666.

4. Рассчитал коэффициент частотных искажений:

М=.

получил М=1,137.

.

Полученное значение коэффициента частотных искажений М=1,137 ?1 говорит о наличии незначительных частотных искажений.

5. По полученному значению коэффициента частотных искажений определил погрешность коэффициента усиления в полосе рабочих частот:

= 0,137%.

6. Рассчитал погрешность коэффициента усиления промежуточной части ИУ:

получил = 0,77%.

Т.к. у первого и второго каскадов фазовые сдвиги отсутствуют, то суммарный фазовый сдвиг промежуточной части равен нулю. (Дц= 0?).

Рассчитал погрешность коэффициента усиления ИУ в полосе рабочих частот:

.

получил = 2,514%. В соответствии с требованиями ТЗ, погрешность коэффициента усиления ИУ в полосе рабочих частот не должна превышать 3%. (?3%) Получившееся значение = 2,514% < 3%, что удовлетворяет требованиям ТЗ.

Суммарный фазовый сдвиг ИУ определил по формуле.

.

получил значение Дц= 5?. В соответствии с требованиями ТЗ, суммарный фазовый сдвиг не должен превышать 100?. (?100?) Получившееся значение = 5? < 100?, что удовлетворяет требованиям ТЗ.

Расчет ФНЧ.

Согласно ТЗ, нижняя граница диапазона частот ѓ= 150Гц. По формуле.

ѓ= ѓ,.

получил частоту среза низких частот ѓ= 50Гц. Из формул.

RC= (ѓ).

определил, что RC= 0,02. Подобрал номиналы сопротивления R= 2кОм и емкости C= 10мкФ. Номинал сопротивления взял из номинального ряда сопротивлений Е192, номинал емкости из номинального ряда емкостей Е192.

Расчет ФВЧ.

Согласно ТЗ, верхняя граница диапазона частот ѓ= 8000Гц. По формуле.

ѓ= 3ѓ,.

получил частоту среза низких частот ѓ= 24 000Гц. Из формулы.

RC= (ѓ).

определил, что RC= 4,166•10. Подобрал номиналы сопротивления R= 2кОм и емкости C= 21нФ. Номинал сопротивления взял из номинального ряда сопротивлений Е192. Т.к. в номинальном ряду не оказалось нужной емкости, то вместо конденсатора C, емкостью 21нФ, поставил два параллельно соединенных конденсатора с емкостями C= 20нФ и C= 1нФ. Номиналы эти конденсаторов взял из номинальных рядов емкостей Е24 и Е12.