3.2 Расчет второго промежуточного каскада

На входе этого каскада должен стоять по ТЗ пассивный регулятор тембра. Схемотехнически выполним каскад на ОУ по схеме неинвертирующего усилителя (рисунок 2). Обозначим требованию к ОУ:

Построим промежуточный каскад на ОУ 1408УД1. Параметры ОУ представлены в таблице 7 и были взяты из документации на этот операционный усилитель.

Коэффициент каскада выберем следующим образом. Предыдущий каскад является регулятором тембра. Его выходное максимальное сопротивление может быть около нескольких килом, следовательно, для обеспечения нормального режима работы этого регулятора тембра, входное сопротивление данного каскада должно быть порядка нескольких десятков килом, выберем . Так же как и в предоконечном каскаде нам требуется исключить ошибки связанные со входным током смещения. Поэтому со стороны неинвертирующего входа ставим резистор , который и будет являться входным сопротивлением данного каскада. И так же цепь обратной связи не должна быть высокоомной. И чтобы согласовать это с , коэффициент усиление данного промежуточного каскада выберем равным =80

В этом случае глубина обратной связи: .

Значение сопротивлений в цепи обратной связи будет:

(по ГОСТ 84 кОм)

(выберем по ГОСТ 6.8 МОм)

Рис. 3.2 – Схема второго промежуточного каскада

Проверим частотные свойства:

Искажения, которые создаст каскад на заданной частоте , определим, выбрав в качестве минимальную из полученных частот, по формуле:

(0,0087 дБ).

Назначенные на данный каскад: 0,6 дБ.

Разделительную емкость рассчитаем после расчета регулятора тембра, так как требуется знать его выходное сопротивление.

Исходные данные для расчета предыдущего каскада: R_н=R₃=83 кОм;

U_вых=.

3.3 Расчет регулятора тембра

Выберем стандартную схему регулятора тембра (рис. 3.3). Расчет будем вести по методике Л. Ривкина (Радио – 1/69).

Рис. 3.3 – Регулятор тембра

Нам требуется рассчитать регулятор тембра со следующими характеристиками:

Подъем частотной характеристики на нижних частотах m_н=±15 дБ

Подъем частотной характеристики на верхних частотах m_в=±15 дБ

Нижняя граничная частота по ТЗ f_н=100 Гц. Нижнюю частоту регулировки тембра выберем с запасом, то есть больше 100 Гц f_н=105 Гц

Верхняя частота по ТЗ f_в=35 кГц. Верхнюю частоту регулировки тембра ВЧ выберем с запасом, то есть меньше чем 35 кГц f_в=34 кГц

Значение потенциометров R_н и R_в влияет на входное и выходное сопротивление регулятора тембра. Нам нужно как можно большее входное сопротивление и меньшее выходное сопротивление. Поэтому выберем их значения следующими R_н=R_в=15 кОм (например, R1620 потенциометр 15 кОм).

1 Из таблицы 1 для m_{н пол}=30 дБ находим значение β10 и смотрим по номограмме 1 значение m_н и ему соответствующее m_в. Принимаем β=100, так как при этом значении параметра m_н и m_в соответствуют заданным, тогда

(по ГОСТ 150 Ом)

2 Из номограммы №1 для m_н=15 дБ и β=100 находим m_в=15.5 дБ.

3 Из таблицы 2 для m_в=15.5дБ находим α, a₀, в₀, К₀. α=8, К₀=0,11, , a₀=в₀=0.89.

Таблица 1 – Взаимосвязь между β и m_{н пол.}

.β	10	20	30	40	50	60	70	80	90
mн пол	17.8	23	26.5	29	31	32.6	34	35	36

Таблица 2.

α	1	2	3	4	5	6	7	8	9
mн	4	7	9.3	11.2	13.6	14	15.2	16.2	17
К0	0.5	0.33	0.25	0.2	0.17	0.14	0.12	0.11	0.1
a0=в0	0.5	0.67	0.78	0.8	0.83	0.86	0.88	0.89	0.9

Из номограммы №2 для r_н=150 Ом; m_н=15 дБ; f_н=100 Гц находим С_н:

С_н= 1.5 мкФ (По ГОСТ 1.5 мкФ)

(По ГОСТ 0.2 мкФ)

4 Приняв γ=10 найдем R₃:

(По ГОСТ 1,5 кОм)

Из номограммы №3 для r_в=1,5 кОм; ; m_в=15,5 дБ; f_н=35 кГц находим С_в:

С_в=29 нФ (По ГОСТ 30 нф)

(По ГОСТ 3.6 нФ)

R₁=αR₂=1200 Ом (По ГОСТ 1.2 кОм).

Номограмма №1

Номограмма №2

Номограмма №3

Рассчитанный регулятор тембра имеет коэффициент передачи в некорректированной части диапазона (на средних частотах). К₀=0,11. Частотный баланс схемы наступает при a₀=в₀=0.89, поэтому для плавной регулировки тембра необходимы переменные резисторы с обратной логарифмической зависимостью (кривая B).

Рассчитаем минимальное входное сопротивление и максимальное выходное сопротивление регулятора тембра.

Минимальное входное сопротивление регулятора определяется на ВЧ, когда конденсаторы С_н/α и С_н можно считать коротким замыканием, при крайнем правом положении движка потенциометра R_в.

Наибольшее выходное сопротивление регулятора (худший случай для 2-го промежуточного каскада) определяется на НЧ, когда конденсаторы С_в, С_в/ α можно считать разрывом цепи, при крайнем левом положении движка потенциометра R_н.

Для обеспечение расчетной глубины регулировки тембра необходимо, чтобы нагрузочное сопротивление регулятора тембра было намного больше его выходного сопротивления. В данной схеме это соблюдается, так как

R_{н рег} = R_{вх кас сл} = 83 кОм

Также, внутренне сопротивление источника сигнала намного меньше входного сопротивления регулятора. Сопротивление источника сигнала – это выходное сопротивление предыдущего каскада, а так как каскад будет построен на ОУ, то его выходное сопротивление намного меньше .

Рассчитаем разделительный конденсатор после регулятора тембра:

(по ГОСТ 0.1мкФ)

Рассчитаем разделительный конденсатор перед регулятором тембра:

Так как R_вых, поэтому

(по ГОСТ 24мкФ)

Исходные данные для расчета предыдущего каскада:

R_нmin = R_ВХmin = 332 Ом;

U_вых=