Структурная схема динамического шумоподавителя. Структурная схема динамического шумоподавителя. Расчет элементов функциональной схемы

Усилители имеющие избирательные свойства ,условно подразделяют на фильтры низких частот ,а также на полосовые и режекторные

Под активными фильтрами обычно понимают электронные усилители ,содержащие RC- цепи ,включенные так ,что у усилителя появляются избирательные свойства .При их применении удается обойтись без громоздких ,дорогостоящих и не технолгичных катушек индуктивности и создать низкочастотные фильтры в микроэлектронном исполнении , в которых основные параметры могут быть изменены  с помощью навесных резисторов и конденсаторов  . В результате работы схемы на ее выходе получается модуль значения входного напряжения с единичным коэффициентом передачи  . Перед подачей на фильтр , выпрямленное напряжение инвертируется инвертирующим усилителем с единичным  коэффициентом передачи т.к. следующий за инвертором фильтр тоже является инвертирующим .При расчете элементов фильтра и инвертора мы руководствовались  следующими формулами:

Для фильтра низких частот расчет проводим по частоте среза 2 кГц  . Используем активный фильтр первого порядка . Для регулировки частоты среза используем конденсатор С5.

R19 = R17 = 100 кОм

С5  = 1/2 *П*R19*f =  50 (нФ)

Принимаем С5 = 51 нФ , R17 =R19 = 100 кОм,

Инвертор:

R13 = R15 = 100 кОм

Далее в приложении приведена схема инвертора и фильтра и осциллограммы напряжения на  выходах , выполненные  в программе MicrоCap V .

Выбираем ОУ – К140УД25А

4.3.  Выпрямитель

.

Работает схема следующим образом : при подаче на вход положительной полуволны входного сигнала  на выходе открывается диод VD1, заряжается конденсатор С3 . При подаче на вход отрицательной полуволны входного сигнала  закрывается диод VD1, разряжается конденсатор С3 В результате на  выходе выпрямителя получается не инвертированный относительно входного сигнала результирующий  модуль значения входного напряжения с единичным коэффициентом передачи  сглаженный конденсатором.

Элементы схемы выбраны исходя из того условия , что должен обеспечиваться единичный коэффициент усиления схемы .

Выбираем диод 2Д106А  с параметрами U_обр=100 В, I_пр=300 мА.

Выбираем ОУ - К140УД25А

Выбираем резисторы :

R9 = R11 =100 кОм ,

С3  = 1/2 *П*R9*f =  50 (нФ)

4.4 Аналоговый перемножитель сигналов.

АПС используется для реализации схемы АПС+R,

Конфигурация “АПС+R” (а) и схема замещения (б)

Рассчитаем значение эквивалентного сопротивления для этой схемы включения АПС. Значение выходного тока I протекающего через резистор R определяется:

  Найдем значение эквивалентного сопротивления, включенного между точками 1 и 2 . Для этого необходимо разделить напряжение между этими точками на ток протекающий между этими точками:

Ф. 1

Последняя формула показывает, что эквивалентное сопротивление конфигурации “АПС+R” обратно пропорционально управляющему напряжению U_Y.  Эта конфигурация может широко использоваться при построении активных RC-фильтров, управляемых напряжением или RC-генераторов, управляемых напряжением и во многих других случаях. При использовании конфигурации “АПС+R” не следует забывать, что это не полный аналог сопротивления и более точная схема замещения имеет вид, представленный на рисунке(б) (при положительном значении сигнала U_Y). При отрицательной полярности сигнала U_Y повторитель на схеме замещения (б) заменяется на инвертор с единичным коэффициентом передачи.  Если конфигурация “АПС+R” включается в цепь обратной связи следует соблюдать такую полярность управляющего напряжения, чтобы отрицательная обратная связь не стала положительной.

Выберем интегральную микросхему АПС 525ПС1 с масштабным коэффициентом 0.1.

4.5 Потенциометр и ООС.

Предназначены для обеспечения необходимого коэффициента усиления ,а следовательно и заданного напряжения на выходе схемы .Расчет сопротивления потенциометра :

Пусть  Uвх.=1В Uвых.=10В     R7= R5 = 10 кОм

Uвых=Uвх*R7/R5*Kапс*Uу      Капс = 0.1

Uвых=Uвх*R7/R5*Kапс*Kдел*Uвых*

Kдел*=1/10

Kдел= R01/(R02+R01)*

Выберем значения сопротивлений R01 и R02

R01 = 10кОм        R02 = 130 кОм

R21 =  R01+R02 = 150 кОм

5. Расчет стабилизатора.

Расчет мощности, потребляемой схемой.

В схеме имеется:

- 10 операционных усилителей,

- 2 микросхемы АПС

I_оу     <= 4,5 мА ,

I_апс <= 4.6 мА ,

I_сум =  = 54.2 мА ,

Рассчитаем стабилизатор на микросхеме К142ЕН6А

Параметры микросхемы:

U_вых = 12..30 В  ,  U_вх = 20..40 В

I_{н макс} = 150 мА  ,  P_рас = 0,8 Вт  ,  K_{нс U} = 0,1 %

Рис.3    Схема стабилизатора на ИМС  К142ЕН6А

Выбираем диодый мост КЦ405Е со следующими параметрами:

U_обр = 100 В , I _{д пр} = 1,7 А ,  U_пр = 1,4 В

С7 = С8 = 3300 мкФ

В данном подключении стабилизатора  К142ЕН6А используются следующие номиналы конденсаторов  .

С9 = С10 = С13 = С14 = 15 мкФ

С11 = С12 = 0.1 мкФ

Выбираем стандартный трансформатор ТПП237-ШЛМ 20*16 со следующими параметрами :

две вторичные обмотки на 5 В , ( выходы 11-12 , 13-14  )

две вторичных обмотки на 10 В , ( выходы 15-16 , 17-18 )

допустимый ток вторичной обмотки 445 мА .

6. Расчет погрешностей схемы .

При разработке схемы использовался ОУ К140УД25А , имеющий малое значение напряжения смещения , поэтому в целом погрешность от наличия напряжения смещения будет мала . Для входного усилителя погрешность от наличия напряжения смещения : 30мкВ 10100% / 100 мВ = 0,03 % или 300 мкВ при уровне выходного сигнала 1 В .

В формировании информационного сигнала принимают участие 3 ОУ , включенных с единичным коэффициентом усиления в результате ошибка  составит 390 мкВ  или  по  сравнению с минимальным   значением  опорного сигнала : 390 мкВ100% / 78 мВ = 0,5 %

ФНЧ передает ошибку входного усилителя далее с коэффициентом усиления