Добавлен: 23.11.2023
Просмотров: 23
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Минобрнауки России
ЮгоЗападный государственный университет
Кафедра электроснабжение
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине «Электроника»
(наименование дисциплины)
на тему «Разработка и расчет избирательного усилителя»
Направление подготовки (специальность) 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника
Автор работы О.В. Чебышева _______________________
(инициалы, фамилия) (подпись, дата)
Группа ЭС-13з
Руководитель работы А.В. Филонович ___________________
(инициалы, фамилия) (подпись, дата)
Работа защищена ________________________
(дата)
Оценка _____________________
Члены комиссии _________________________ ________
(подпись, дата) (инициалы, фамилия)
_________________________ __________
(подпись, дата) (инициалы, фамилия)
_________________________ _______
(подпись, дата) (инициалы, фамилия)
Курск, 2023 г.
Минобрнауки России
Юго-Западный государственный университет
Кафедра электроснабжения
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ
Студент Чебышева О.В. шифр 21-06-0235 группа ЭС-13з
(фамилия, инициалы)
1. Тема Разработка и расчет избирательного усилителя
2. Сроки предоставления работы к защите «____» ______________ 2023 г.
3. Исходные данные (для проектирования, для научного исследования):
С
огласно технического задания 4. Содержание пояснительной записки курсовой работы:
4.1. Введение
4.2. Техническое задание
4.3 Разработка структурной схемы
4.4 Разработка принципиальной схемы
4.5 Расчет предварительного усилителя
4.6 Разработка интерфейсной части
5. Перечень графического материала:
Графики и схемы по тексту работы
Руководитель работы _____________________ А.В. Филонович
(подпись, дата) (инициалы, фамилия)
Задание принял к исполнению _____________ О.В. Чебышева
(подпись, дата) (инициалы, фамилия
Содержание
Введение………………………………………………………………………….…..4
Техническое задание………………………………………………………………...5
1. Разработка структурной схемы………………………………………….……….6
2. Разработка принципиальной схемы………………………………….…………..7
2.1 Анализ и расчет фильтра нижних частот………………………...…....…7
2.2 Анализ и расчет режекторного фильтра………………...……………....11
3. Расчет предварительного усилителя (неинвертирующего)………………..….14
3.1 Расчет усилителя мощности………………………………………..…....14
3.2 Расчет блока питания………………………………...………………..….15
4. Разработка интерфейсной части………………………………………………...19
Зключение…………………………………………………………………………...20
Список использованных источников…………………………………………...…21
Приложение……………………………………………………………………...….22
Введение
Избирательные усилители предназначены для усиления или подавления сигналов в некоторой узкой полосе частот.
Частотная избирательность рассматриваемых усилителей создаёт высокую помехозащищённость систем, работающих на фиксированных частотах, что широко используется в устройствах автоматического управления и контроля. Избирательные усилители широко распространены в радио приёмных и телевизионных устройствах, а также в многоканальных системах связи.
В данном курсовом проекте требуется разработать избирательный усилитель, подавляющий сигнал на частоте 0 1. Подразумевается, что в процессе выполнения будут подробно изучены активные RC-фильтры. В задании отмечено, что избирательный усилитель должен иметь спад в полосе задержания 60 Дб/дек, что соответствует третьему прядку фильтра. Реализовать такой усилитель можно посредством последовательного соединения нескольких фильтров нижних частот (пассивного ФНЧ и активного второго порядка) и режекторных фильтров, но так как в задании оговорено, что избирательный усилитель должен иметь многопетлевую ОС, то это накладывает некоторые ограничения при выборе фильтра. В такой ситуации я выбрал активный фильтр нижних частот второго порядка по схеме Баттерворта, а в качестве режекторных (заграждающих) - фильтры с двойным Т-образным мостом. Такой выбор соответствует требуемой характеристике.
Техническое задание
Задачей курсового проекта является проектирование избирательного усилителя на базе операционного усилителя (ОУ) с многопетлевой обратной связью (ОС) с электронной регулировкой коэффициента усиления.
Исходные данные:
| ВЕЛИЧИНА | ЗНАЧЕНИЕ |
| Напряжение управления Uупр , В | 05 |
| Входное напряжение Uвх , В | (05) |
| Максимальный ток в нагрузке (Iн)max , А | 1 |
| Частота задержания 0 Гц | 1..100 |
| Частота задержания 1 Гц | 100..1000 |
| Верхняя граничная частота В , кГц | 100 |
| Коэффициент усиления КU | 110 |
| Спад в полосе задержания, дБ/дек | 60 |
Требуется, чтобы для разрабатываемой схемы избирательного усилителя источник питания был трансформаторный, а стабилизатор параллельный.
1. Разработка структурной схемы
Для получения требуемой ЛАЧХ, в структуре избирательного усилителя должны присутствовать фильтры, которые задержат сигнал на регулируемых частотах 0=1..100 Гц и 1=110..1000, и на частоте более В=100 кГц.
В таком случае структурная схема избирательного усилителя будет содержать следующие блоки:
ПФНЧ - пассивный фильтр нижних частот, АЧХ выходного сигнала которого представлена на рисунке 7а, приложения. Этот фильтр первого порядка, соответственно спад АЧХ равен 20 дБ/дек.
АФНЧ - активный фильтр нижних частот второго порядка (спад 40 дБ/дек) с многопетлевыми обратными связями по схеме Баттерворта. На рисунке 7б, приложения изображена АЧХ этого фильтра.
РФ - режекторный (заграждающий) фильтр по схеме активного заграждающего фильтра с двойным Т-образным мостом, АЧХ которого представлена на рисунке 7в, приложения.
ПУ - предварительный усилитель, управляя его коэффициентом усиления по напряжению мы имеем возможность менять коэффициент усиления избирательного усилителя в целом, в заданном диапазоне. С выхода данного усилителя мы получаем АЧХ представленную на рисунке 7г, приложения.
УМ - усилитель мощности, этот блок является стандартным, принципиальная схема его изображена на листе с принципиальной схемой избирательного усилителя.
УС LPT - устройство сопряжения с LPT портом обеспечивает заданную функцию электронной регулировки коэффициента усиления.
2. Разработка принципиальной схемы
2.1 Анализ и расчет фильтра нижних частот
Для фильтра нижних частот (ФНЧ) фазо-частотная характеристика (ФЧХ) в полосе пропускания должна быть линейной. Когда спектр входного сигнала находиться полностью в полосе пропускания фильтра, такой сигнал должен передаваться на выход без искажений. Если ФЧХ линейна, фильтр работает как линия задержки, и это требование выполняется. Если же ФЧХ нелинейна, то из-за неодинаковости сдвига фаз между гармониками выходной сигнал будет отличаться от входного.
Схема простейшего ФНЧ приведена в приложении на рисунке 1. Передаточная функция этого фильтра определяется выражением:
Заменив S на j, получим частотную характеристику фильтра. Для реализации общего подхода целесообразно нормировать комплексную переменную S. Положим
принципиальный схема избирательный усилитель
,где с - круговая частота среза фильтра. В частотной области этому соответствует
j=j(/с)
Частота среза с фильтра на рис. 1 из приложения равна 1/RC. Отсюда получим S=sRC и
Используя передаточную функцию для оценки зависимости амплитуды выходного сигнала от частоты, запишем:
При >>1, т.е. для случая, когда частота входного сигнала >>с,
Это соответствует снижению коэффициента передачи фильтра на 20 Дб на декаду.
Если необходимо получить более быстрое уменьшение коэффициента передачи, можно включить n фильтров нижних частот последовательно. Передаточная функция такой системы имеет вид:
Чаще всего рассматривают три вида АЧХ (и соответственно три вида фильтров). Эти АЧХ представлены в приложении на рисунке 2 в логарифмическом масштабе. Кривая 1 - это АЧХ фильтра Бесселя. У него ФЧХ весьма близка к линейной, т.е. к идеальной, однако АЧХ далека от идеальной. Недостаток фильтра Бесселя - малый наклон АЧХ вблизи границы полосы пропускания, иначе - малое подавление внеполосной помехи, если ее частота намного превосходит значение граничной (f
гр).
Кривая 2 описывает фильтр Чебышева. АЧХ этого фильтра в полосе пропускания имеет волнистый характер. Число вершин (или, на математическом языке, число локальных максимумов) часто называют порядком фильтра. Однако, строго говоря, порядок фильтра - это порядок уравнения, описывающего его АЧХ.
Одним из локальных максимумов (минимумов) всегда лежит на нулевой частоте. Все максимумы лежат на одном уровне, все минимумы - на другом. Разницу в децибелах между этими уровнями принято называть неравномерностью АЧХ фильтра Чебышева в полосе пропускания.
В литературе обычно рассматривают фильтры Чебышева с неравномерностью АЧХ 0.5, 1 и 3 дБ. Чем больше неравномерность, тем больше крутизна АЧХ вблизи границы полосы пропускания и тем круче проходит правая асимптота характеристики.
Иными словами, чем больше неравномерность, тем сильнее фильтр подавляет помеху, частота которой находиться за пределами полосы пропускания. Однако платой за такую повышенную избирательность служит неравномерность АЧХ и особенно ФЧХ и, как следствие, - сильные искажения полезного сигнала.
Кривая 3 - это АЧХ фильтра Баттерворта, который является компромиссом между фильтрами Бесселя и Чебышева. Его АЧХ наиболее близка к асимптотам и нигде не пересекает их. Лишь вблизи граничной частоты имеется небольшой - на 3 дБ - «завал» АЧХ. ФЧХ фильтра Баттерворта несколько отличается от линейной.
Левая асимптота АЧХ любого ФНЧ горизонтальная, а правая наклонена под углом, соответствующим крутизне 20N дБ на декаду, где N - порядок фильтра. Порядок равен (за редким исключением) числу входящих в фильтр реактивных элементов, в нашем случае конденсаторов, поскольку речь об активных RC-фильтрах.
Основной параметр ФНЧ - это граница полосы пропускания, или граничная частота fгр, измеренная на уровне - 3 дБ относительно максимального коэффициента передачи Аmax. Другой частотный параметр - частота среза fср, которая равна абсциссе точки пересечения асимптот (базисной точки). Базисный коэффициент передачи ФНЧ играет такую же роль, как и в узкополосно-избирательном фильтре, с той лишь разницей, что он равен коэффициенту передачи фильтра по постоянному току (на бесконечно малой частоте).
Коэффициент передачи ФНЧ на частоте f>> fгр (практически на две-три октавы и более) определяют по формуле: