Файл: Проектирование инструментального усилителя с подавителем синфазной помехи во входной цепи.docx

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «САМАРСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АКАДЕМИКА С.П. КОРОЛЁВА» Институт информатики математики и электроники
Радиотехнический факультет Кафедра радиотехники
Курсовая работа на тему: «Проектирование инструментального усилителя с подавителем синфазной помехи во входной цепи»
	Выполнил: Проверил:
Самара 2021

ЗАДАНИЕ

1. 
   Спроектировать инструментальный усилитель с подавителем синфазной помехи во входной цепи.
   
2. 
   Спроектировать преобразователь питания.
   
3. 
   Смоделировать процесс настройки проектируемого устройства на ЭВМ.
   
4. 
   Спроектировать печатную плату разработанного устройства.
   
5. 
   Оформить пояснительную записку и графическую часть курсового проекта.
   

Вариант №2

Нижняя частота полосы пропускания , Гц:	0.35
Верхняя частота полосы пропускания, , Гц:	120
Допустимый коэффициент частотных искажений на НЧ, , дБ:	1.2
Допустимый коэффициент частотных искажений на ВЧ, , дБ:	2.5
Сопротивление источника сигнала по каждому входу , кОм:	9.9
Емкость соединительных кабелей , пФ:	238
Сопротивление нагрузки, , кОм:	3.9
Амплитуда ЭДС полезного входного сигнала, , мВ:	4
Частота полезного сигнала, , Гц:	1.9
Амплитуда ЭДС помехи, , В:	2.5
Частота помехи, , Гц:	50
Амплитуда полезного выходного напряжения, , В:	4.7
Допустимый коэффициент нелинейных искажений выходного сигнала при номинальной амплитуде, , %, не более:	0.62
Питание устройства от двух батарей с номинальной ЭДС, , В:	1.5
Диапазон рабочих температур, , град. Целс.:	20–30

---

РЕФЕРАТПояснительная записка с, 18 рисунков, 6 таблиц, 6 источников.ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ, ЭСКИЗНЫЙ РАСЧЕТ, ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ, МОДЕЛИРОВАНИЕ НАСТРОЙКИ НА ЭВМ, АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКАОбъектом разработки является инструментальный усилитель с подавителем синфазных помех.Цель работы – расчет и проектирование печатной платы инструментального усилителя.Произведены выбор функциональной и принципиальной схем инструментальных усилителей. Выполнены эскизный и электрический расчеты усилителя в соответствии с заданными параметрами. Произведено моделирование настройки усилителя.СОДЕРЖАНИЕ

---

Перечень сокращений, символов и специальных терминов

АЧХ – амплитудно-частотная характеристикаИУ – инструментальный усилительКОСС – коэффициент ослабления синфазной составляющейКПД – коэффициент полезного действияЛАЧХ – логарифмическая амплитудно-частотная характеристикаМС – микросхемаООС – отрицательная обратная связьОУ – операционный усилительЭВМ – электронная вычислительная машинаЭДС – электродвижущая сила

Введение

Аналоговые электронные устройства весьма разнообразны, однако среди них доминируют различные усилительные преобразователи. Усилители широко применяются в медицинской диагностической и лечебной аппаратуре. При этом, в медицинских приборах имеются существенные особенности построения и применения усилителей. Это связано с необходимостью выделять и усиливать весьма слабые сигналы на фоне очень больших помех.В курсовом проекте производится проектирование современного инструментального усилителя с подавителем синфазной помехи во входной цепи. Так же проектируется преобразователь питания и производится моделирование настройки спроектированного устройства на ЭВМ.Завершается курсовой проект разработкой конструкции печатной платы спроектированного устройства.

1. Эскизный расчет усилителя с подавителем синфазной помехи во входной цепи

Эскизный расчет усилителя включает в себя следующие этапы:

1. 
   Выбор функциональной схемы проектируемого устройства.
   
2. 
   Распределение заданных параметров проектируемого устройства по отдельным преобразователям выбранной функциональной схемы.
   

1. Выбор функциональной схемы проектируемого устройства

Функциональная схема – это идеализированное графическое изображение устройства, демонстрирующее связи между отдельными функциональными элементами, изображаемыми в виде прямоугольников. Функциональный элемент – часть устройства, выполняющая какую-либо конкретную функцию.Известно несколько вариантов подавления синфазных помех, однако, в настоящее время наиболее удачным решением этой проблемы считается компенсация синфазной помехи во входной цепи с помощью управляемых источников тока. Компенсация производится подачей во входные цепи инструментального усилителя (ИУ) сигнала равного по модулю и противоположного по полярности сигналу помехи. Для такого варианта подавления помех требуется ИУ, у которого предусмотрен выход синфазного сигнала. С учетом рекомендаций функциональная схема проектируемого устройства имеет вид, показанный на рис. 1.

---

1. 
   – Функциональная схема проектируемого устройства
   

В соответствии со схемой, изображенной на рис. 1, проектируемое устройство должно работать следующим образом. В точке «Б» источника входных сигналов действует сетевая помеха с частотой синусоидальной формы и с большой амплитудой, как показано на рис. 2. В точке «А» источника входных сигналов помеха складывается с полезным сигналом, имеющим малую амплитуду. Основная задача проектируемого устройства – это выделение слабого полезного сигнала из его смеси с большим сигналом помехи. В устройстве, функциональная схема которого показана на рис. 1, указанная цель достигается подачей на оба входа ИУ компенсирующего сигнала близкого по амплитуде к сигналу помехи и противоположного ему по полярности (рис. 2). В результате сложения сигналов помехи и компенсирующего на входах ИУ соотношение «сигнал/помеха» резко меняется в лучшую сторону: остаточная помеха на входах ИУ имеет амплитуду в 20…30 раз меньше, чем амплитуда помехи в источнике входного сигнала, а амплитуда полезного сигнала сохраняется прежней (рис. 2).

2. 
   – Временные диаграммы сигналов в проектируемом устройстве
   

Может показаться, что выделение полезного сигнала можно осуществить вычитанием из , т. е. подавая и на входы дифференциального усилителя. Однако, при этом (из-за нелинейности амплитудной характеристики усилителя) возникают нелинейные искажения полезного сигнала, поэтому перед вычитанием одного сигнала из другого, необходимо подавить в них сигналы помехи.Выбрав функциональную схему проектируемого устройства можно детализировать функциональные схемы инструментального усилителя и подавителя синфазной помехи.Для того чтобы у ИУ существовал специальный выход синфазного сигнала необходимо, чтобы ИУ состоял из двух автономных частей (рис. 3): входные усилители (№ 1, 2), обеспечивающие большие и одинаковые входные сопротивления, и дифференциальный усилитель (№ 3), подавляющий синфазную помеху.

---

3. 
   – Детализированная функциональная схема усилительной части проектируемого устройства
   

Чтобы подавитель синфазной помехи выполнял свою задачу, необходимо в его составе (рис. 3) иметь усилитель (№ 4) с коэффициентом усиления 20…30 и два управляемых источника тока. Источники тока необходимы для предотвращения шунтирования входных цепей ИУ.Все перечисленные усилители (№ 1–4) должны быть охвачены глубокими отрицательными обратными связями для обеспечения: малых нелинейных искажений; стабильности коэффициентов усиления; термостабильности усилителей в режиме покоя.

2. 1   2   3   4   5   6   7

---