 |
Для того, чтобы АЧХ фильтра в полосе пропускания была максимально плоской применим к данному фильтру аппроксимацию по Баттерворту.
|
|
|
|
Зададим исходные данные для рассчитываемого фильтра:
f 1 = 2,5 кГц, а1= - 3 дБ (3.2.1)
f з = 5,0 кГц, аз = -15 дБ
По исходным данным отнормируем частоту:
W 1 = f в /f в =2500/2500=1 W з = f з /f в =5000/2500=2 (3.2.2)
Для определения порядка фильтра воспользуемся монограммой из справочной литературы. Производя требуемые расчеты получаем, что данный фильтр должен быть второго порядка. Из справочника определяем, что для фильтра второго порядка имеются два полюса:
p1= -0,707- j 0,707 и p2 = -0,707+ j 0,707 (3.2.3)
Сомножители полинома Баттерворта имеют вид:
p 2 +1,41 p +1 (3.2.4)
Собственная частота звена второго порядка:
W 0 = Ö (l 2 + W 2) = Ö (0,7072+0,7072)=1 (3.2.5)
Коэффициент затухания:
d=2 l / W 0 =2*0,707=1,41 (3.2.6)
Для повышения крутизны АЧХ вблизи частоты среза, отсчитываемого на уровне -3 дБ, используется слабая положительная обратная связь, стабилизированная с помощью отрицательной ОС, цепь которой представлена делителем напряжения R10R11 с коэффициентом передачи напряжения:
B = R10 /(R10 + R11) (3.2.7)
С целью получения максимально плоской АЧХ параметр
К F» 1/В= 1+R11 / R10 (3.2.8)
Выбирают равным 1,2.
Сама АЧХ описывается выражением:
Кф(w)=Кф w 0 2 / Ö [ w 0 4 + w 0 2 w 2 (d-2) + w 4 ] (3.2.9)
где К F =Кф,
w 0 = w с =2 p f1 =1/ Ö (C6R8C7R9) (3.2.10)
Располагая двумя уравнениями относительно элементов фильтра при шести неизвестных, следует придать численные значения четырем из них. Известными параметрами в данном случае являются:
|
|
|
частота среза - w с =2 p f с =2 p *2500=15700 рад/с (3.2.11)
коэффициент усиления К F =1,2
Пусть R9 =10 R8, тогда уравнение относительно C4 имеет вид:
121 C7 2 +24,4 C6C7 +0,04 C6 2 =0 (3.2.12)
Решая данное уравнение получаем, что C6 =5 C7 и тогда
2(C6R8)2=1/(4 p 2 f с 2) (3.2.13)
Отсюда получаем:
R8= 1 кОм
R9= 10 кОм
R10= 1 кОм
R11= 200 Ом
C6= 5,6 мкФ
C7= 1,1 мкФ
Для реализации данного фильтра можно применить операционный усилитель 140УД14А.
Амплитудно-частотная характеристика рассчитанная по формуле (3.2.9) представлена на рисунке 3.2.1.
Рис. 3.2.1
Расчет каскадов предварительного усиления
Рассмотрим вопросы расчета величин навесных элементов усилителя на ОУ, включающей расчет цепей обратной связи, коррекции, балансировки, защиты от перегрузки и т.д., а именно рассчитаем величины резисторов R1 - R6.
Исходными данными являются:
К u =50 - коэффициент усиления:
R н =10 кОм - сопротивление нагрузки
f в =5 кГц - верхняя граничная частота
R г =0 - внутреннее сопротивление источника сигнала
U вых max =4,5 В - максимальная амплитуда выходного напряжения
Выбираем тип ОУ, который с точки зрения частотных свойств должен иметь:
1) f1>Ku*f в =250кГц, (3.3.1)
где f1 - частота единичного усиления;
2) Vu вых > 2 p U вых max f в =6,28*4,5*5000=0,15В/мкс (3.3.2)
Таким требованиям удовлетворяет ОУ типа К157УД2.
Величина сопротивления резистора R1=R4 должны удовлетворять следующим условиям:
R1< 0,1* U вых max / (K0I вх.ср.)=0,1*4,5/(50*500*10-9)= 18000 Ом. (3.3.3.)
Приняв величину паразитной емкости C п =5 пФ получаем еще одно условие для R1:
R1<1/(2 p f в C п)=1/(6,28*5000*5*10-12)=6,3 Мом. (3.3.4)
Первое условие является более жестким. Исходя из него получаем:
R2=R1*Ku= 18000*50=900 кОм. (3.3.5)
|
|
|
Это значение является приемлемым, так как сопротивление резистора R2(R4) не должно превышать нескольких мегаом, для снижения влияния паразитных токов утечки на стабильность режима ОУ.
Сопротивление резистора R3=R6 находим из следующей формулы:
R3=R6=R1||R2» R1= 18 кОм. (3.3.6)
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Спроектированный и рассчитанный выше усилитель удовлетворяет всем требованиям технического задания.
Усилитель имеет коэффициент усиления около 70 дБ.
Коэффициент нелинейных искажений порядка 7 %.
Необходимо помнить, что микрофонный усилитель усиливает звуки, приходящие со всех сторон, и если соотношение сигнал/шум будет недостаточным, то нужно применять пространственные направляющие системы. При прослушивании человеческой речи за стенами, панелями, перегородками достаточно поместить микрофон в основание параболического рефлектора.
Дистанционное звуковое прослушивание необходимо вести с помощью дистанционных направленных микрофонов, имеющих узкую диаграмму направленности.
Перечень элементов используемых в УНЧ
ИМС
DD 1 К157УД2
DD 2 140УД14
Транзисторы
VT1 МП38А
VT2 МП16Б
Резисторы
R1 МЛТ- 0,125 18 кОм
R2 МЛТ- 0,125 910 кОм
R3 СП3-41 18 кОм
R4 МЛТ- 0,125 18 кОм
R5 МЛТ- 0,125 910 кОм
R6 МЛТ- 0,125 18 кОм
R7 МЛТ- 0,125 200 Ом
R8 МЛТ- 0,125 1 кОм
R9 МЛТ- 0,125 10 кОм
R10 МЛТ- 0,125 1 кОм
R11 МЛТ- 0,125 200 Ом
R12 МЛТ- 0,125 2 кОм
R13 МЛТ- 0,125 2 кОм
R14 МЛТ- 0,125 56 кОм
R15 МЛТ- 0,125 56 кОм
Конденсаторы
C1 К50 -35 33 мкФ ´ 10 В
C2 МБМ 30 пФ
C3 К50-35 33 мкФ ´ 10 В
|
|
|
C4 МБМ 30 пФ
C5 К50-35 33 мкФ ´ 10 В
C6 МБМ 4,7 мкФ
C7 МБМ 1 мкФ
C8 МБМ 30 пФ
C9 К50-35 33 мкФ ´ 10 В
C10 К50-35 22 мкФ ´ 10 В
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. АЛЕКСЕЕВ А.Г., ВОЙШВИЛЛО Г.В. Операционные усилители и их применение. - Москва, Радио и связь, 1989 г.
2. БОЛТАЕВ А.В., ГАДЗИКОВСКИЙ В.И. и др. Усилительные устройства на интегральных микросхемах. - Свердловск, издание УПИ, 1981 г.
3. ГОЛОВИН О.В., КУБИЦКИЙ А.А. Электронные усилители. Москва, Радио и связь, 1983 г.
4. НОГИН В.Н. Аналоговые электронные устройства. - Москва, Радио и связь, 1992 г.
5. ОСТАПЕНКО Г. С. Усилительные устройства. - Москва, Радио и связь, 1989 г.
6. Проектирование усилительных устройств. Под редакцией ТЕРПУГОВА Н.В. - Москва, Высшая школа, 1982 г.
7. ЦЫКИНА А.В. Проектирование транзисторных усилителей низкой частоты. - Москва, Связь, 1968 г.
8. Транзисторы для аппаратуры широкого применения. Справочник. Под редакцией ПЕРЕЛЬМАНА Б.Л. - Москва, Радио и связь, 1981 г.
9. ТЕРЕЩУК Р.М., ТЕРЕЩУК К.М. и др. Малогабаритная радиоаппаратура. Справочник радиолюбителя. - Киев, Наукова думка, 1971 г.
[AK1]
|
|
|
