Разработка блока обработки аналогового сигнала, содержащего входной узел, собственно функциональный преобразователь, выходной узел, источник питания

Курсовой проект по курсу «Электроника и микросхемотехника»

Задание:

В курсовом проекте разрабатывается блок обработки аналогового сигнала, содержащий входной узел, собственно функциональный преобразователь, выходной узел, источник питания.

Тип входного сигнала – ток 5 mA;

Функциональное назначение блока – вычислитель модуля сигнала на частоте 3 кГц;

Тип выходного сигнала – напряжение;

Сопротивление нагрузки – 10 Ом;

Выполнение работы

Исходя из задания, данный блок должен состоять из нескольких функцио-нальных узлов. А именно следующих: так как большинство схем на операционных усилителях работает не с током, а с напряжением, то на входе блока ток должен быть преобразован в напряжение – источник напряжения управляемый током. Для выделения сигнала определенной частоты в блок должен входить полосовой фильтр. Основа схемы – прецизионный двухполупериодный выпрямитель. Подключение низкоомного резистора должно осуществляться через мощный оконечный каскад, следовательно, блок должен содержать усилитель мощности. Обязательным узлом, без которого невозможна работа схемы, является блок питания. Это основные элементы. Коэффициент усиления всей схемы может задаваться как в самих функциональных узлах, так и с применением, по необходимости, усилителей (инвертирующих либо неинвертирующих).

1)  Источник напряжения управляемый током

Рис.1. Эквивалентная схема источника напряжения, управляемого током, для низких частот

7.160101.3381.

Лист

2

Зм.

Лист

№ док

Подпись

Дата

В показанной на (рис.1) схеме источника напряжения управляемого током управляющим сигналом является входной ток, однако он должен оказывать как можно меньшее влияние на остальную часть схемы. В идеальном случае r_e=0. Если пренебречь обратной связью, то уравнения рассматриваемого источника напряжения будут иметь вид

              

     =>    

(реальный)                     (идеальный, )

Рис.2. Источник напряжения управляемый током.

При его реализации (рис.2) учитывалось, что точка суммирования является виртуальным нулем (землей) схемы. Поэтому и удается получить требуемое низкое входное сопротивление. Для выходного напряжения источника можно записать , если пренебречь входным током усилителя по сравнению с . Если же для управления источником необходимо применять малые значения входных токов , то следует использовать усилитель с полевым транзистором на входе. В реальной схеме источника может возникнуть дополнительные ошибки, обусловленные сдвигом входного напряжения. Они будут тем больше, чем меньше внутреннее сопротивление R_В источника входного сигнала, поскольку сдвиг входного напряжения усиливается в (1+R/R_В) раз.

Соотношение для полного выходного сопротивления такое же, как и для предыдущей схемы. Коэффициент усиления цепи обратной связи g зависит от внутреннего сопротивления источника сигнала R_g.

7.160101.3381.

Лист

3

Зм.

Лист

№ док

Подпись

Дата

2)  Полосовой фильтр;

В качестве полосового фильтра применим полосовой фильтр со сложной отрицательной обратной связью.

Передаточная функция полосового фильтра:

       (1);

A_r – коэффициент передачи на резонансной частоте;

Q – добротность фильтра;

Соответствующая схема полосового фильтра со слож-ной отрицательной обратной связью приведена на рис.3. Ее передаточная функция имеет следующий вид:

Рис.3. Полосовой фильтр со сложной отрицательной обратной связью

 

Из сравнения этого выражения с передаточной функцией следует, что коэффициент при р² должен быть равен 1. Отсюда находим резонансную частоту:

      (2)

Подставим это выражение для резонансной частоты в передаточную