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) |
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
