Меню
Поиск



рефераты скачать Усилитель вертикального отклонения

            R2 = 100 Ом.

Значения R1 и R2  выберем из ряда номинальных значений E24.

            4.6. Выбор схемотехники и расчет предварительного усилителя.

Требования к предварительному усилителю приведены в табл. 4.4.

Таблица 4.4

Требования, накладываемые на ПУ

Uвых, В

К0

fв, МГц, не менее

tф, нс, не более

0,6

64

21,35

17

       4.6.1. Выбор схемотехники.

       Для реализации требований, накладываемых на ОУ, было принято решение выполнить его по схеме двухкаскадного усилителя на ОУ. При этом схема должна осуществлять дискретную регулировку усиления (с коэффициентами деления 1:1, 1:2 и 1:5), плавную регулировку усиления – для настройки всего УВО, а также систему, осуществляющую сдвиг постоянного уровня для обеспечения сдвига наблюдаемого сигнала «вверх-вниз» на экране ЭЛТ. Последняя реализована по схеме сумматора. Вся схема представлена на рис. 4.5.

Рис. 4.5. Предварительный усилитель


         Для достижения необходимых частотных свойств усилителя в нем применен ОУ LM7171A_NS фирмы National Semiconductor, параметры которого приведены в прил. 4.

         4.6.2. Расчет каскада на ОУ DA1.

Каскад выполнен по схеме неинвертирующего каскада, КУ которого определяется по формуле (45). Требуемый коэффициент:

Kн = 6,4.

Исходя из этого, выбрали следующие значения сопротивлений из ряда номинальных значений E96.

R1 = 511 Ом;

R2 = 2,74 кОм.

Оценим погрешность по постоянному току для DA1 по формуле:

Eош.вх = Uсм+Jсм∙ + Jсдв∙ ,

(57)

где  Uсм – напряжение смещения нуля, мВ, определяемое формулой (49).

       Jсм – ток смещения, мкА;

       Jсдв – ток сдвига, мкА.
DT = 25°С;

Из справочных данных на ОУ (см. прил.4) берем:

Uсм0 = 4мВ;

С = 35мкВ/°С;
Jсм = 4мкА;

Jсдв = 10мкА;

Eош.вх.DA1 = 10,91 мВ.

На выходе УВО будем иметь погрешность:

Eош.вх.DA1*10*0,5*4*67 = 14,6 В.

4.6.3. Расчет каскада на ОУ DA2.

Каскад выполнен по схеме инвертирующего каскада, КУ которого определяется по формуле (46). В этом каскаде осуществляется дискретная регулировка усиления, кратная соотношению 1:2:5. Максимальный КУ усилителя составляет:

K1и = 10.

Следовательно:

         K2и = 5;

         K3и = 2,5.

Исходя из этого, выбрали следующие значения сопротивлений из ряда номинальных значений E96.

R4 = 511 Ом;

R5 = 1,02 кОм (КУ = K3и = 2,5);

R6 = 2,04 кОм (КУ = K2и = 5);

R7 = 5,11 кОм (КУ = K1и = 10);

Максимальная погрешность будет при КУ = K1и = 10. Оценим ее:

Eош.вх = Uсм+Jсм∙ + Jсдв∙ ,

(58)

где  Uсм – напряжение смещения нуля, мВ, определяемое формулой (49).

       Jсм – ток смещения, мкА;

       Jсдв – ток сдвига, мкА.
DT = 25°С;

Из справочных данных на ОУ (см. прил.4) берем:

Uсм0 = 4мВ;

С = 35мкВ/°С;
Jсм = 4мкА;

Jсдв = 10мкА;

Eош.вх.DA2 = 11,38 мВ.

На выходе УВО будем иметь погрешность:

Eош.вх.DA2*0,5*4*67 = 1,52 В.

         Смещение, вносимое ОУ DA1 и DA2, можно скомпенсировать схемой сдвига уровня, реализованной по схеме сумматора на ОУ DA3.

4.6.4. Расчет каскада на ОУ DA3.

Каскад выполнен по схеме инвертирующего усилителя. В этом каскаде осуществляется плавная регулировка усиления посредством потенциометра R9.

Амплитуда сигнала на этом участке составляет 0,6 В. Каскад должен осуществлять сдвиг уровня в положительную и отрицательную сторону на 100%. Исходя из этого, рассчитали делитель, выполненный на резисторах R12, R14 и потенциометре R13. Ток делителя вычисляется по формуле:

Iдел = (EV7 – EV8)/(R12+R13+R14),

(59)

где    EV7,  EV8 – напряжения источников питания, В.

EV7 = +5В;

EV8 = -5В.

Выберем ток делителя равным:

Iдел = 1 мА.

Исходя из этого, выберем значения сопротивлений резисторов R12 и R14 из ряда номинальных значений E24:

R12 = 4,3 кОм;

R14 = 4,3 кОм;

R13 = 1,5 кОм – потенциометр.

Чтобы сопротивление R11 не вносило вклад в погрешность ОУ выберем его большим:

R11 = 51 кОм – из ряда номинальных значений E24.

КУ этого каскада вычисляется по формуле:

Kи = - R10/(R8+R9).

(60)

Сопротивление R9 – переменное и принимает значения:

R9 = 0..470 Ом.

R10 = 510 Ом – из ряда номинальных значений E24;

R8 = 240 Ом – из ряда номинальных значений E24.

Следовательно, исходя из формулы (58):

Kн = 0,72..2,125.

Оценим погрешность DA3:

Eош.вх = Uсм+Jсм∙ + Jсдв∙ ,

(61)

где  Uсм – напряжение смещения нуля, мВ, определяемое формулой (49).

       Jсм – ток смещения, мкА;

       Jсдв – ток сдвига, мкА.
DT = 25°С;

Из справочных данных на ОУ (см. прил.4) берем:

Uсм0 = 4мВ;

С = 35мкВ/°С;
Jсм = 4мкА;

Jсдв = 10мкА;

Eош.вх.DA3 = 8,445 мВ.

4.7. Выбор схемотехники и расчет входного каскада.

Требования к входному каскаду приведены в табл. 4.5.

Таблица 4.5

Требования, накладываемые на входной каскад

Uвых, В

К0

fв, МГц, не менее

tф, нс, не более

0,009375

0,95

73,8

5

Кроме того, входной каскад должен обладать большим входным сопротивлением и низким выходным.

Для реализации требований, накладываемых на входной каскад, было принято решение реализовать по схеме повторителя на ОУ с полевым транзистором на входе. В качестве ОУ был выбран AD843В фирмы Analog Devices, параметры которого приведены в приложении 5. Схема входного каскада представлена на рис.4.6.

Рис. 4.6. Входной каскад

         Сопротивление R1 = 1Мом шунтирует бесконечно большое по отношению к нему входное сопротивление ОУ и обеспечивает требуемое по ТЗ входное сопротивление всего УВО. Это сопротивление перенесется в аттенюатор.

         Верхняя граничная частота данного каскада определяется частотой единичного усиления ОУ, и составляет fв = 34 МГц, что меньше требуемого значения. Однако, выигрыш по верхней граничной частоте в последующих каскадах компенсирует это, и требования ко всему УВО будут выполнены.

Оценим погрешность по постоянному току для DA1 по формуле:

Eош.вх = Uсм+Jсм∙ + Jсдв∙ ,

(62)

где  Uсм – напряжение смещения нуля, мВ, определяемое формулой (49).

       Jсм – ток смещения, мкА;

       Jсдв – ток сдвига, мкА.
DT = 25°С;

Из справочных данных на ОУ (см. прил.5) берем:

Uсм0 = 0,5 мВ;

С = 1мкВ/°С;
Jсм = 20 пА;

Jсдв = 40 пА;

Eош.вх.DA1 = 585 мкВ.

На выходе УВО будем иметь погрешность:

Eош.вх.DA1*64*0,5*4*67 = 5,02 В.

         4.8. Выбор схемотехники и расчет аттенюатора.

         Требования к аттенюатору определяются ТЗ:

         Rвх > 1 Мом;

         Свх < 20 пФ.

        

         4.8.1. Выбор схемотехники аттенюатора.

Аттенюатор реализован по схеме ЧКД с коэффициентами деления 1:1, 1:10, 1:100, 1:1000. В соответствии с этим была спроектирована схема, представленная на рис. 4.7.

Рис.4.7. Аттенюатор




4.8.2. Определение параметров нагрузки аттенюатора.

Сопротивление нагрузки определяется входным сопротивлением предварительного усилителя.

Емкость нагрузки определяется по формуле:

Сн = СОУ + Сд,

(63)

где    СОУ – входная емкость ОУ, пФ;

         Сд – емкость диода ограничителя.

СОУ = 4 пФ – оценили путем моделирования в среде Micro-Cap 7;

Сд = 3,7 пФ – значение из технической документации на диод КД522А (см. прил.6).

Сн = 7,7 пФ.


         4.8.3. Расчет ЧКД для коэффициента деления 1:1.

         Сигнал подается прямо на вход входного каскада. В этом случае входное сопротивление определяется сопротивлением R7 = 1 МОм (малое сопротивление по отношению к входному сопротивлению последующего каскада), а емкость – емкостью нагрузки:

Rвх = 1 МОм;

Свх = 7,7 пФ.

         4.8.4. Расчет ЧКД для коэффициента деления 1:10.

         Сопротивление R6 определяется выражением:

R6 = K * Rвх,

(64)

где     К – заданный коэффициент передачи;

         Rвх – входное сопротивление ЧКД, кОм;

К = 0,1;

Rвх = 1000 кОм.

R6 = 100 кОм.

         Т.к. входное сопротивление есть сумма сопротивлений R5 и R6, то сопротивление R5 можно вычислить по формуле:

R5 = Rвх – R6.

(65)

R5 = 900 кОм.

         Из ряда номинальных значений E96 выберем сопротивления R5 и R6:

R5 = 909 кОм;

R6 = 102 кОм.

         Емкость С5 – подстроечная и принимает значения:

С5 = 4..20 пФ.

         Из условия частотной компенсации вычислим емкость С6:

С6 = (R5*C5*)/R6 – Cн,

(66)

где     С5* - среднее значение емкости С5, пФ;

         Сн – емкость нагрузки, пФ.

С5* = 12 пФ.

Сн = 15 пФ.

С6 = 91,9 пФ.

         Выберем емкость из ряда значений с допуском +-5%:

С6 = 82 пФ.

         Проверим выполнение требований к входным параметрам:

         Входное сопротивление:

Rвх = R5 + R6 = 1,011 МОм

         Входная емкость:

Свх = 1/(1/С5 + 1/(С6+Сн)) = 10,7 пФ.


         4.8.5. Расчет ЧКД для коэффициента деления 1:100.

         Сопротивление R4 определяется выражением:

R4 = K * Rвх,

(67)

где     К – заданный коэффициент передачи;

         Rвх – входное сопротивление ЧКД, кОм;

К = 0,01;

Rвх = 1000 кОм.

R4 = 10 кОм.

         Т.к. входное сопротивление есть сумма сопротивлений R3 и R4, то сопротивление R3 можно вычислить по формуле:

R3 = Rвх – R4.

(68)

R3 = 990 кОм.

         Из ряда номинальных значений E96 выберем сопротивления R5 и R6:

R3 = 1000 кОм;

R4 = 10,2 кОм.

         Емкость С3 – подстроечная и принимает значения:

С3 = 4..20 пФ.

         Из условия частотной компенсации вычислим емкость С6:

С4 = (R3*C3*)/R4 – Cн,

(69)

где     С3* - среднее значение емкости С3, пФ;

         Сн – емкость нагрузки, пФ.

С3* = 12 пФ.

Сн = 15 пФ.

С4 = 1,161 нФ.

         Выберем емкость из ряда значений с допуском +-10%:

С4 = 1,2 нФ.

         Проверим выполнение требований к входным параметрам:

         Входное сопротивление:

Rвх = R3 + R4 = 1,010 МОм

         Входная емкость:

Свх = 1/(1/С3 + 1/(С4+Сн)) = 11,9 пФ.


4.8.6. Расчет ЧКД для коэффициента деления 1:1000.

         Сопротивление R2 определяется выражением:

R2 = K * Rвх,

(70)

где     К – заданный коэффициент передачи;

         Rвх – входное сопротивление ЧКД, кОм;

К = 0,001;

Rвх = 1000 кОм.

R2 = 1 кОм.

         Т.к. входное сопротивление есть сумма сопротивлений R1 и R2, то сопротивление R1 можно вычислить по формуле:

R1 = Rвх – R2.

(71)

R1 = 999 кОм.

         Из ряда номинальных значений E96 выберем сопротивления R5 и R6:

R1 = 1000 кОм;

R2 = 1,02 кОм.

         Емкость С1 – подстроечная и принимает значения:

С1 = 4..20 пФ.

         Из условия частотной компенсации вычислим емкость С6:

С2 = (R1*C1*)/R2 – Cн,

(72)

где     С1* - среднее значение емкости С1, пФ;

         Сн – емкость нагрузки, пФ.

С1* = 12 пФ.

Сн = 15 пФ.

С2 = 1,749 нФ.

         Выберем емкость из ряда значений с допуском +-10%:

С2 = 10 нФ.

         Проверим выполнение требований к входным параметрам:

         Входное сопротивление:

Rвх = R1 + R2 = 1,001 МОм

         Входная емкость:

Свх = 1/(1/С1 + 1/(С2+Сн)) = 12 пФ.

         4.10. Расчет диодного ограничителя.

         Для предотвращения подачи на вход высокого напряжения, способного вывести из строя весь УВО перед предварительным усилителем ставится диодный ограничитель, схема которого представлена на рис. 4.8.

Рис. 4.8. Диодный ограничитель

        

         Для реализации схемы был выбран диод КД522А, параметры которого приведены в прил.6. Для работы диодного ограничителя вводится ограничивающее сопротивление R1 (см. рис. 4.8), которое рассчитывается по формуле:

                                      ,                                                       (73)

где     Uвхmax – максимально возможное входное напряжение, В;

Uотк – напряжение открытия диода, В;

         Iдmax – максимальный ток диода, мА.

Uвхmax = 20 В – берем из ТЗ;

Uотк = 1В;

Iдmax = 100 мА – берем из технических характеристик диода (см. прил.6).

R1 = 190 Ом.

Выберем значение сопротивления R1 из ряда номинальных значений Е96:

R1 = 196 Ом.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6




Новости
Мои настройки

   рефераты скачать  Наверх  рефераты скачать  

© 2009 Все права защищены.