Функциональная схема экспандера. Описание элементов функциональной схемы. Расчет элементов функциональной схемы, страница 2

Усилитель с переменным коэффициентом усиления – представляет собой такое включение операционного усилителя , в котором коэффициент усиления изменяется за счет изменения эквивалентного сопротивления источника сигнала за счет подключения ( отключения ) усиливаемого сигнала через ключи .

Масштабирующий усилитель для низкочастотной составляющей – необходим для обеспечения необходимого коэффициента усиления для низкочастотной составляющей , которая впоследствии суммируется с низкочастотной , и для обеспечения передачи сигнала с заданным коэффициентом усиления на частоте 400 Гц .

Сумматор – осуществляет сложение низкочастотной составляющей с обработанной высокочастотной составля-ющей для получения результирующего выходного сигнала .

4. Расчет  элементов функциональной схемы .

 4.1.  Входной усилитель

Рис.    Схема входного усилителя

Данный усилитель применим для увеличения входного сигнала , имеющего номинальное значение 200 мВ , до уровня в несколько вольт , чтобы в дальнейшем миними-зировать погрешности от входного напряжения смещения , разности входных токов . При выборе ОУ здесь и в дальнейшем руководствуемся скоростью изменения выходного напряжения , для диапазона звуковых частот и максимальной амплитуде сигнала 8 В она должна быть более чем величина 2/ 1000000 = 10 В / мкс . Везде далее в курсовой работе при выборе ОУ учтен этот параметр .

В качестве ОУ для входного усилителя применим прецизионный ОУ К140УД26 , имеющий значение входного напряжения смещения 30 мкВ , это необходимо для уменьшения ошибки , вызванной напряжением смещения ОУ . Примем коэффициент усиления входного усилителя равным 20-ти , исходя из этого произведем выбор значений резисторов .

K_u = 1 + R₂ / R₁

R₂ / R₁ = K_u – 1 = 20 – 1 = 19

Примем  R₂ = 39 кОм , R₁ = 2 кОм , тогда K_u = 1 + 39 / 2 = 20,5

Резистор R₃  необходим для компенсации погрешности , вызванной протеканием тока во входных цепях усилителя .

R₃ = R₂ * R₁ / (R₂ + R₁)

R₃ = 2 * 39 / (2 + 39) = 1.9

Примем R₃ = 2 кОм

4.2. Фильтры высоких и низких частот .

В качестве фильтров используем активные фильтры Баттер-ворта 2-го порядка , имеющие максимально плоскую АЧХ в полосе пропускания . Частоту среза  f_ср примем равной 5600 Гц , коэффициент усиления фильтра примем равным единице , коэффициенты для расчета : В = 1,4142114 , С = 1 . При расчете элементов фильтра мы руководствовались  следующими формулами :

Для фильтра высоких частот :

С₅ = С₆ = 10 / f_ср * 10⁶ =  0,0018 (мкФ)

С₄ = С₅ / k = 0,0018 (мкФ)

R₃₃ = B / (2C₅ + C₄ ) f_ср = 7.4 (кОм)

R₃₄ = (2C₅ + C₄) / BC₅ C₆ f_ср = 33.5 (кОм)

Принимаем С₅ = С₆ = С₄ = 18 нФ , R₃₃ = 7,5 кОм , R₃₄ = 33 кОм

Для фильтра низких частот :

С₁  = 10 / f_ср * 10⁶ =  0,0018 (мкФ)

С₂ = B²  C₁ / 4C(k + 1) = 0,00043 (мкФ)

R₄ = 2(k + 1) / (BC₂ + )2 f_ср

R₆ = R₄ / k

R₅ = 1 / CCC(2 f_ср)² R₄

Принимаем С₁ = 18 нФ , С₂ = 4,3 нФ R₄ = R₆ = 43 кОм ,

R₅ =22 кОм

Далее в приложении приведены схемы фильтров и их ЛАЧХ , выполненные  в программе MicrоCap V .

Выбираем ОУ – К140УД26

4.3. Схема формирования абсолютного значения

В качестве схемы формирования абсолютного значения (модуля) входного напряжнения используется активный двуполупериодный выпрямитель , собранный на двух ОУ . В результате работы схемы на ее выходе получается модуль значения входного напряжения с единичным коэффициентом передачи . Работает схема следующим образом :

при подаче на вход положительной полуволны входного сигнала открывается диод VD2 , и проинвертированный выходной сигнал из точки А складывается с ослабленным в два раза резистором R11 входным сигналом . В результате на инвертирующем входе 2-го ОУ получается инвертированный относительно входного сигнала результирующий ослабленный в 2 раза сигнал , который инвертируется и усиливается вторым ОУ . при подаче на вход отрицательной полуволны диод VD2 закрыт , сигнал поступает на вход 2-го ОУ , где инвертируется.