2.3.4. Последовательность синтеза пф (рф) по рабочим параметрам
При синтезе схем ПФ или РФ по рабочим параметрам так же, как и при синтезе подобных фильтров по характеристическим параметрам, вначале рекомендуется рассчитать эквивалентные схемы фильтров-прототипов для ПФ (фильтра нижних частот) и РФ (фильтра верхних частот). В связи с этим:
а) на первом этапе синтеза, как и в п. 2.2.3, необходимо применить частотное преобразование ПФ – ФНЧ или РФ – ФВЧ, то есть пересчитать заданные требования по ослаблению в требования по ослаблению фильтра-прототипа, используя соотношения между частотами
,
;
б) далее, в зависимости от задания, разрабатывается схема нужного фильтра-прототипа (либо схема ФНЧ по методике п. 2.3.2 (для ПФ), либо схема ФВЧ по методике п. 2.3.3 (для РФ)). Для фильтра-прототипа рассчитываются и строятся графики ослабления и коэффициента передачи по напряжению;
в) для заключительных этапов синтеза ПФ или РФ применяется методика п. 2.2.3, по которой эквивалентные схемы фильтров-прототипов преобразуются в соответствующие эквивалентные схемы полосового или режекторного фильтра. Затем по этой же методике разрабатываются схемы электрические принципиальные ПФ или РФ и пересчитываются графики ослабления и коэффициента передачи по напряжению фильтров-прототипов в графики ПФ или РФ (формулы (41), (42)).
2.4. Пример синтеза эквивалентной схемы электрического фильтра
2.4.1. Исходные данные к проектированию
– Тип фильтра – ФВЧ;
–
–
–
–
–
Ом.
2.4.2. Синтез эквивалентной схемы фвч
Выбран
метод синтеза по характеристическим
параметрам, при котором расчетная
неравномерность в полосе пропускания
,
то есть требования по этому параметру
выполняются.
– Требования к ослаблению ФВЧ соответствуют рисунку 5, а;
;
значения элементов эквивалентной схемы звена ФНЧ (рисунок 5, б) равны
мГн,
нФ;
– ослабление звена на граничной частоте полосы задерживания равно
дБ;
– количество каскадно соединенных звеньев ФНЧ:
;
– ослабление двухзвенного фильтра верхних частот на граничной частоте полосы задерживания определяется:
дБ;
– рассчитывается ослабление ФВЧ для нескольких значений частоты в полосе задерживания без учета тепловых потерь в соответствии с формулой (32):
;
– рассчитывается ослабление ФНЧ в полосе пропускания и в полосе задерживания для нескольких значений частоты с учетом тепловых потерь по формулам (34), (35):
, ;
– определяется коэффициент передачи ФВЧ по напряжению для нескольких значений частоты в полосе пропускания и в полосе задерживания в соответствии с формулой (36):
;
– строятся графики для ФВЧ, выбираются или рассчитываются радиоэлементы схемы электрической принципиальной.
3. Основные принципы и этапы расчета электрической схемы усилителя напряжения
3.1. Основные принципы расчета электрических схем усилителей
Аналоговый усилитель напряжения может быть разработан на биполярных транзисторах (БТ), полевых транзисторах (ПТ), а также на интегральных микросхемах. При применении транзисторов необходимо провести типовые расчеты по постоянному току и расчеты в режиме малых переменных сигналов. Для интегральных микросхем необходимо рассчитать внешние элементы отрицательной обратной связи, обеспечивающие необходимый коэффициент усиления в режиме малых переменных сигналов [6].
Варианты задания для этого раздела расчетов приведены в приложении ‘В’.
Требования задания для расчета аналогового усилителя следующие:
–
– полярность
незаземленного полюса и величина
электрического напряжения источника
питания;
–
– величина
входного сопротивления усилителя в
режиме малых переменных сигналов,
который должен быть согласован с
фильтром;
– – модуль коэффициента усиления по напряжению в режиме малых переменных сигналов (не менее);
–
–
выходное
сопротивление усилителя в режиме малых
переменных сигналов (требования не
задаются, но данный параметр оценивается
при расчетах).
Для выполнения требований задания достаточно одного усилительного каскада. Рекомендуется разработать усилительный каскад на биполярном или полевом транзисторе. Для этого варианта:
а) выбирается тип транзистора (БТ или ПТ) и одна из типовых схем его включения. Для биполярного транзистора существуют следующие типовые схемы включения: общий эмиттер (ОЭ), общая база (ОБ), общий коллектор (ОК). Для полевого транзистора аналогичные схемы включения называются: общий исток (ОИ), общий затвор (ОЗ), общий сток (ОС). Необходимо учитывать, что так как в задании требуемый усилителя больше единицы, то для схем включения ОК и ОС обязательно применение повышающего трансформатора;
б)
в зависимости от полярности незаземленного
полюса, величины напряжения источника
питания и частоты первой гармоники
входного сигнала генератора выбирается
конкретный транзистор из приложения
Д. Например, при положительной полярности
незаземленного источника питания
необходимо применить или биполярный
n-p-n-транзистор
или полевой транзистор с каналом
-типа.
При отрицательной полярности необходимо
выбрать биполярный транзистор p-n-p-типа
или полевой транзистор с каналом p-типа.
Предельно допустимые напряжения для
выбранного транзистора не должны быть
меньше напряжения источника питания,
а его предельная рабочая частота должна
быть в 5–10 раз выше частоты первой
гармоники входного сигнала (
);
в) выбирается конкретный схемотехнический вариант стабилизации режима по постоянному току для выбранной типовой схемы включения. Например, в случае применения биполярного транзистора может проектироваться схема усилителя со стабилизацией тока базы, со стабилизацией тока эмиттера и др.;
г) проводится расчет схемы усилителя по постоянному току по законам Кирхгофа, Ома (с использованием вольт-амперных характеристик или по характеристикам типового режима);
д) проводится расчет усилителя для режима малых переменных сигналов по малосигнальным h, Y-параметрам транзисторов. При таком расчете считается, что источник питания имеет нулевое сопротивление для переменных сигналов. С учетом этого рассчитываются входное, выходное сопротивления усилителя и коэффициент усиления по напряжению.
Для расчета в курсовой работе рекомендуется выбрать усилитель на биполярных транзисторах по схеме ОЭ со стабилизацией тока эмиттера или усилитель на полевом транзисторе по схеме ОИ. Для этих вариантов включения приведен справочный материал в приложении Д. Схема электрическая принципиальная ОЭ со стабилизацией тока эмиттера показана на рисунке 11.
Рис. 11