Селективный усилитель
Селективные усилители, выделяющие полезный сигнал, соответствующий заданной частоте или полосе частот, из всей совокупности сигналов, поступивших на вход. Селективный усилитель с заданным коэффициентом усиления, расчет электрической принципиальной схемы.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.07.2009 |
| Размер файла | 144,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
14
Министерство образования Российской Федерации
Уральский государственный технический университет - УПИ
Кафедра "Радиоэлектроники информационных систем"
Оценка проекта
Члены комиссии
Пояснительная записка
к курсовому проекту
селективный усилитель
По предмету "Схемотехника аналоговых электронных устройств"
2007 000000 075 ПЗ
Дата: 31.05.2002
Группа: Р - 305
Руководители: С.В. Гриньков
Студент: М.А. Фомин
Екатеринбург 2006
Содержание
- Перечень условных обозначений
- Введение
- 1. Основная часть
- 1.1 Выбор структурной схемы
- 1.2 Расчёт входного каскада
- 1.3 Расчёт оконечного каскада
- 1.4 Расчёт полосовых фильтров
- 1.6 Выбор операционного усилителя
- 1.7 Регулировка усиления
- Заключение
- Список используемых источников
- Приложение А
Перечень условных обозначений
АЧХ - амплитудно-частотная характеристика
ФЧХ - фазо-частотная характеристика
ПОС - параллельная обратная связь
ОУ - операционный усилитель
КU - коэффициент усиления
Uвых - выходное напряжение
Uвых мах- выходное напряжение
Ег - напряжение генератора
КГц - килогерц
КЩ - килоом
Q - добротность
f01 (f02) - центральная частота
?f1 (?f2) - ширина полосы пропускания
Введение
Селективными называются усилители, обладающие способностью выделять полезный сигнал, соответствующий заданной частоте или полосе частот, из всей совокупности сигналов, поступивших на вход усилителя.
В данном курсовом проекте проводится расчет и анализ селективного усилителя. Для этого нужно рассчитать усилительные каскады, необходимые для согласования источника сигнала и нагрузки, активные фильтры (для выделения заданных частот). Каждый такой каскад можно рассматривать как отдельный усилитель с заданным коэффициентом усиления.
Достоинства активных фильтров над пассивными:
в них используются только сопротивления и конденсаторы, исключены катушки индуктивности, которые довольно сложно сделать;
обеспечивают усиление в полосе пропускания, не внося потери;
можно задать необходимый коэффициент усиления;
благодаря свойствам операционных усилителей обеспечивается необходимая развязка входа от выхода (поэтому активные фильтры легко сделать многокаскадными и тем самым улучшить их показатели);
легко настраиваемые;
активные фильтры невелики по размерам и массе.
Недостатки активных фильтров:
1) нуждаются в источнике питания;
2) рабочий диапазон частот ограничен сверху максимальной рабочей частотой операционного усилителя (это приводит к тому, что большинство активных фильтров может работать лишь на частотах, не превышающих нескольких мегагерц).
1. Основная часть
1.1 Выбор структурной схемы
Необходимо спроектировать селективный усилитель с коэффициентом усиления равным:
Следовательно, структурная схема будет иметь вид:
Рисунок 1 Структурная схема селективного усилителя
В этой схеме Полосовые фильтры представляют собой фильтры четвертого порядка (2 каскадно-включенных фильтра второго порядка) с коэффициентом усиления ? 1. Выходное устройство включает в себя сумматор и масштабный усилитель. Следовательно на входное устройство и оконечный каскад необходимо распределить КU=120.
1.2 Расчёт входного каскада
Входной каскад представляет собой два усилителя:
1) неинвертирующий
Рисунок 2. Неинвертирующее включение операционного усилителя
Выберем для данного усилителя коэффициент усиления =15.
Выберем
R1=1 КЩ КЩ
2) инвертирующий
Рисунок 3. Инвертирующее включение операционного усилителя
Выберем для данного усилителя коэффициент усиления =15.
Выберем
R1=1 КЩ КЩ
Входной каскад, кроме своего основного назначения (усиление сигнала) также выполняет роль развязки фильтров, для уменьшения взаимного влияния друг на друга.
1.3 Расчёт оконечного каскада
Оконечный каскад представляет собой сумматор:
Рисунок 4. Сумматор
Для данного сумматора выберем коэффициент усиления КU =1. В результате общий коэффициент усиления схемы будет равен 200.
Рассчитаем величины сопротивлений сумматора.
выберем
R1=1 КЩ КЩ
1.4 Расчёт полосовых фильтров
В качестве полосовых фильтров для данной схемы выберем полосовой фильтр с параллельной обратной связью - это простой полосовой фильтр, хорошо работающий при низких и умеренных (до 15) значениях добротности [1]
т.е. фильтр соответствует техническому заданию.
Рисунок 5. Полосовой фильтр с параллельной обратной связью
Обратная связь в этой схеме осуществляется одновременно через включенные параллельно R3 и С1. Часть характеристики, соответствующая фильтру пропускания нижних частот, формируется с помощью цепи R1 и С1, а часть, соответствующая фильтру пропускания верхних частот, - с помощью цепи R3 и С2. Такая обратная связь обеспечивает положение максимума характеристики вблизи частоты f0. Сопротивление R2 служит для увеличения Rвх и обеспечивает возможность задавать коэффициент усиления в полосе пропускания.
Преимущества этого фильтра над универсальными фильтрами или биквадратными фильтрами в том, что при его построении используется значительно меньшее количество элементов, что несомненно удешевляет схему.
Так как необходимо обеспечить крутизну скатов не менее 40 дБ/декада фильтры получатся двухкаскадными, то есть фильтрами четвёртого порядка. При каскадном соединении фильтров второго порядка происходит сужение полосы пропускания:
Рисунок 6. АЧХ полосового фильтра при каскадном включении
На рисунке при единичном усилении на частоте f1 К1=К2=0,707, а общий коэффициент усиления на этой частоте равен ? 0,5 т.е. меньше чем 0,707, аналогично на частоте f2. Следовательно, полоса пропускания сузилась. По этой причине, при расчёте фильтров необходимо выбрать полосу пропускания в раза шире заданной, то есть ?f1=?f1*?14 КГц, ?f2=30*?42 КГц, ?f3=20*?28 КГц пересчитаем добротности
КГц
произведём расчёт фильтров уже для новых добротностей.
Настройка фильтра проводится следующим образом:
f0 устанавливается с помощью изменения С1 и С2 или R1 и R2;
Q устанавливается с помощью изменения величины отношения R3/R1, причём произведение R3R1 должно оставаться постоянным;
коэффициент усиления в полосе пропускания устанавливается с помощью изменения R2. [1]
1.6 Выбор операционного усилителя
Операционный усилитель выбирается, исходя из нескольких требований.
АЧХ всей схемы должна “лежать внутри” собственной АЧХ операционного усилителя.
Основные параметры для выбора операционного усилителя:
необходимо выбрать частоту единичного усиления операционного усилителя f1, удовлетворяющая условию KОУ*f0<f1ОУ.
собственный коэффициент усиления операционного усилителя на нулевой частоте должен быть не менее 10000 (КОУ>>КСХЕМЫ).
Исходя из этих принципов, выбираем для полосовых фильтров и выходного каскада усилитель КР1401УД1, имеющий следующие характеристики: КU=50000; Iвх=0,5нА; Uсм=7,5мВ; ?Iвх=0,2нА; ±Uп. ном=15В; Iпот=11мА; ±Uвых мах=12В; f1=2.5 МГц. А для входного каскада выбираем операционный усилитель 544УД2, имеющий следующие характеристики: КU=20000; Iвх=0,5 нА; Uсм=7,5мВ; ?Iвх=0,1 нА; ±Uп. ном=10В; Iпот=7 мА; ±Uвых мах=10В; f1=30 МГц.
1.7 Регулировка усиления
Регулировка усиления производится с помощью ступенчатого регулятора, который представляет собой делитель напряжения, состоящий из резисторов, выполненный по схеме последовательного соединения шести резисторов. Ступенчатый регулятор можно поставить в любой каскад схемы, но в фильтры лучше его не ставить, так как происходит небольшой сбой центральной частоты, что недопустимо., Регулировку лучше всего поставить в входной каскад между двумя операционными усилителями.
Были получены следующие значения резисторов регулятора:
RУ1=1 КЩ; RУ2=1 КЩ; RУ2=2 КЩ; RУ4=4 КЩ; RУ5=8 КЩ; RУ6=16 КЩ.
Заключение
В данном курсовом проекте был произведен расчет электрической принципиальной схемы селективного усилителя. Были получены результаты удовлетворяющие требованию ТЗ.
После расчета элементов схемы было произведено моделирование устройства в программном пакете "Windows Electronics Workbench 5.12".
В результате были получены необходимые характеристики АЧХ селективного усилителя. Было проверено что центральная частота и ширина АЧХ каждого фильтра соответствует заданным в ТЗ.
При анализе спроектированной схемы в пакете прикладных программ "Windows Electronics Workbench 5.12" получили следующие характеристики: Uвх= 0,05В Uвых = 10 В, крутизна скатов ? 40 дБ/дек. Полученная АЧХ приведена в приложении, так же была произведена трассировка печатной платы в программе SMARTWORK.
Список используемых источников
Л. Фолкенберри "Применение операционных усилителей и линейных ИС". М. Мир 1985г.
Д. Джонсон, Дж. Джонсон "Справочник по активным фильтрам". М. Энергоатомиздат 1983г.
Е.А. Коломбет и др. "Применение аналоговых микросхем" М. Радио и связь. 1984 г.
А.В. Перебаскин, А.А. Бахметьев "Справочник. Операционные усилители" М. Наука 1993г.
А.Л. Булычёв, В.И. Галкин и др. "Аналоговые интегральные схемы"
Подобные документы
Определение сигнальных параметров транзистора и разработка принципиальной схемы однокаскадного усилителя. Расчет сопротивления резисторов и составление схемы каскада в области средних частот. Линейная схема и повышение коэффициента усиления каскада.
контрольная работа [316,5 K], добавлен 29.08.2011Разработка селективного усилителя, обладающего заданными параметрами. Функциональная схема селективного усилителя. Расчёт элементов предварительного усилителя, полосовых фильтров, сумматора. Область применения селективных усилителей, полоса прозрачности.
курсовая работа [48,8 K], добавлен 17.07.2010Использование генераторов пачек сигналов при настройке или использовании высокоточной аппаратуры. Проект генератора пачек сигналов с заданной формой сигнала. Операционные усилители как основные элементы схемы. Расчет блока питания, усилитель мощности.
курсовая работа [160,4 K], добавлен 22.12.2012Усилители мощности для увеличения высокой выходной мощности звуковых сигналов. Теоретические основы проектирования УМЗЧ. Разработка принципиальной схемы. Выходные параметры. Выходной каскад. Промежуточный каскад. Исследование УМЗЧ с помощью ЭВМ.
курсовая работа [215,6 K], добавлен 14.11.2008Использование для усиления узкополосных сигналов так называемых резонансных усилителей (ламповых и транзисторных). Разработка принципиальной электрической схемы усилителя сигнала с амплитудной модуляцией. Расчет характеристики, графика выходного сигнала.
курсовая работа [168,9 K], добавлен 17.12.2009Синтез структурной схемы радиоприемного устройства. Решение задачи частотной селекции. Выбор количества преобразований, значений промежуточных частот, структуры и параметров селективных цепей преселектора. Расчет принципиальной электрической схемы РПУ.
курсовая работа [564,6 K], добавлен 22.12.2013Выбор варианта построения структурной схемы и его техническое обоснование. Описание принципиальной схемы усилителя низких частот. Расчет выходного и дифференциального, предоконечного каскада. Принципы моделирования в программной среде CircuitMake.
контрольная работа [1,0 M], добавлен 31.01.2016Обоснование выбора структурной и принципиальной схемы усилителя. Ориентировочный расчет числа каскадов усиления. Расчет оконечного каскада, элементов схемы по постоянному току, глубины общей отрицательной обратной связи, коэффициента усиления усилителя.
курсовая работа [986,3 K], добавлен 02.01.2011Техника усиления электрических сигналов. Применение усилителей низкой частоты для усиления сигналов, несущих звуковую информацию, и их классификация. Функциональная схема усилителя, его основные технические характеристики и выбор элементной базы.
контрольная работа [649,3 K], добавлен 25.12.2012Основные параметры усилителей мощности. Чувствительность акустической системы. Описание схемы электрической структурной. Анализ схемы электрической принципиальной. Условия эксплуатации. Расчет теплового режима устройства. Суммарная интенсивность отказов.
курсовая работа [360,2 K], добавлен 01.07.2013
