Bachelor (стр. 5 из 5)

При использовании серийных операционных усилителей вместо идеальных следует иметь в виду, что конечное произведение коэффициента усиления на ширину полосы должно быть значительно выше граничной частоты полосы пропускания фильтра. Чтобы учесть конечные входное и выходное полные сопротивления W1 и W2 операционного усилителя, в качестве нормирующего сопротивления взять

Например, для операционного усилителя типа mА 741 с W1»1Мом и W2»100Ом получаем, что Rв=10кОм.

При расчете фильтра важно убедиться, что отклонения емкостей и сопротивлений от их номинальных значений меньше, чем отклонения параметров усилителей.

Вычисление фактических значений элементов при Rв =10кОм fв =3,4кГц и Св =4,681Нф дает:

R1 =15,86кОм; R2 =47,57кОм; R3 =4,855кОм; R4= 30,00кОм;

R5 =10,00кОм; C1=3,080нФ, С2=2,515нФ.

Выбираем номиналы: R1=16кОм; R2=47кОм; R3=51кОм; R4=30кОм; R5=10кОм; C1=0,0033мкФ; C2=0,0022мкФ.

Чтобы не появились нелинейные искажения вследствие перегрузки, при использовании операционного усилителя типа mА 741 с напряжением источника питания ± 15В (среднеквадратическое значение). Отношение сигнал-шум около 115 дБ. Ранее оговаривалось, что требуемое отношение сигнал-шум должно быть не менее 40 дБ, а так как с помощью этого фильтра можно реализовать отношение 115 дБ, то он удовлетворяет предъявляемым требованиям.

Аналогом операционного усилителя mА 741, на котором реализуется ФНЧ, является микросхема К140УД7.

Операционный усилитель КР140УД7 имеет сложный входной усилитель, что позволяет повысить входное сопротивление до 100кОм. В состав ОУ входит схема стабилизатора. Схема имеет внутренний конденсатор коррекции Cк с номиналом 30пФ, поэтому АЧХ ОУ полностью скорректирована. Наклон АЧХ (-20 дБ/дек.) и постоянный фазовый сдвиг на высоких частотах, равный 90⁰ , допускают использование ОУ в режиме повторителя без дополнительных элементов частотной коррекции. Для увеличения скорости нарастания выходного напряжения до 10 В/мкс к выводу 12 подключается конденсатор С1 емкостью 150 пФ. Схема балансировки ОУ состоит из одного внешнего переменного резистора, подключаемого к выводам 3 и 9.

Рисунок 5.2

В случае фильтра верхних частот выражение для передаточной функции имеет вид:

Нu(p) = U0(p)/U2(p) = C(p² -2ap + g)/p² .

Если выполняется условие С³ 3 /4 , то эта передаточная функция реализуется схемой, показанной на рисунке , и заданными расчетными соотношениями. При оптимальном коэффициенте усиления u= 1+r4/r3 =4/3 и

нормированные значения элементов можно найти по формулам

; r1=0,69;

; r2=0,836;

r3=3; r4=1;

; C1=0,62

C2=0,209

C3=2 ;

Фактические значения элементов имеют значения:

R1=6,9кОм; R2=8,36кОм; R3=-30кОм; R4=10кОм;

C1=2,82нФ; C2=0,948нФ; C3=0,948нФ.

Исходя из рассчитанных значений выбираем номиналы:

R1=6,8кОм; R2=8,2кОм; R3=30кОм; R4=10кОм;

С1=0,0033мкФ; C2=0,001мкФ; С3=0,015мкФ.

Рисунок 5.3 Схема ФВЧ второго порядка (n=2)

В качестве ОУ выбираем К140УД22, аналогом которого является mА 747.Его схема приведена на рисунке 5.3.

Рисунок 5.4 Схема операционного усилителя КР140УД22

Таблица Параметры операционных усилителей

Тип микросхем	Куuх103	Uсм, мВ	DUcм, мкВ/0С	Iвх, нА	DIвх, нА	f1, МГц	Uвых, В/мкс	Кос, дБ	Uвх, В	Uвых, В	Uпит, В	Iпот, мА
КР140УД7	50	4	6	200	50	0,8	До 10	70	12	11,5	±15	2,8
К140УД22	25	10	-	0,2	0,05	5	12	80	10	11,5	±15	4

6.МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЛЬТРОВ.

В условиях производства получаемые номиналы емкостей имеют неизбежные отклонения от расчетных, что вызвано погрешностями измерительной аппаратуры и многими другими причинами. Затем, в процессе эксплуатации наблюдается дальнейший уход от фактических величин схемных элементов с течением времени («старение») и под влиянием изменения внешних условий: температуры, влажности, атмосферного давления. Производственные отклонения величин схемных элементов от номиналов и отчасти эксплуатационные изменения их имеют случайный характер. Поэтому решение задачи правильного определения производственных допусков на величины схемных элементов связано со статистикой. Методика решения этой задачи состоит в моделировании на ЭВМ достаточно большого числа схемных реализаций с элементами, величины которых отклоняются от номиналов в заданных пределах по случайному закону.

При использовании моделирования для исследования влияния разбросов элементов на амплитудно-частотную характеристику фильтров за один вариант принимается рассмотрение одной реализации схемы фильтра при заданных значениях величин элементов, допусков и интервалов исследуемых частот.

Непрерывное ужесточение технических требований, предъявляемых к электрическим фильтрам, вызывает увеличение объема необходимых при проектировании вычислений. Объем вычислительной работы особенно велик при использовании методов расчета по рабочим параметрам, а они и только они и применяются при проектировании активных RС- фильтров. Использование ЭВМ позволяет не только ускорить проведение расчетов, но и просчитать большое количество возможных вариантов и выбрать из них наилучший.

Можно определить границы изменения характеристик фильтров при вариациях величин схемных элементов от их номинальных значений за счет производственных допусков, влияния температуры и других окружающих условий, с течением времени и т.д. Становится реальной полная автоматизация проектирования фильтра – от задания технических требований до получения электрической схемы и данных о ее поведении в различных эксплуатационных условиях, влиянии разброса величин элементов в условиях серийного промышленного выпуска и т. д.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе выполнения работы было разработано устройство, которое позволяет защищать телефонную линию от прослушивания. Спроектированное устройство обеспечивает маскирование телефонного сигнала внеполосной шумовой помехой. Устройство соответствует требованиям надежности, экономичности.

В ходе проектирования были получены технические параметры устройства, а также наглядное представление отдельных компонентов устройства с помощью моделирования.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Знаменский А. Е. , Теплюк И. Н. Активные RC-фильтрв.-М.: Связь. 1970,280с.

2. Бобнев М. П. Генерирование случайных сигналов.-М: Энергия. 240с.

3. Р. Зааль.Справочник по расчету фильтров.-М: Радио и связь. 1983,75с.

4. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник/ С.В. Якубовский, Л. И. Ниссельсон, В. И. Кулешова и др.; под ред.С.В. Якубовского.-М.: Радио и связь. 1989, 486с.

5. У.Титус, К. Шенк. Полупроводниковая схемотехника.-М: Мир. 1982,512с.

6. В помощь радиолюбителю. Справочник.Вып.№ 109. Сост. И. Н. Алексеев.1989.

7. Конфидент.№4, 2001.