2.4. Расчет усилителя высокой частоты

Для расчета усилителя необходимо знать значение входного сигнала, требуемое значение выходного сигнала, резонансную частоту и требуемую полосу пропускания.

Значение входного сигнала (сигнал с пьезопреобразователя имитируется источником U_mc ) равно значению приведенному в таблице.24.2.

Требуемое значение выходного сигнала определяется минимальным входным значением напряжения доплеровского преобразователя U _{вх d min}, начиная с которого коэффициент преобразования ДД будет постоянен; он определяется экспериментальным путем в соответствии с п. 2.3.

К_УВЧ = 2U_{вх m d min} / U_mc

где 2 – коэффициент запаса, U_mc – значение сигнала в соответствии с таблицей № 24.2.

Резонансная частота усилителя должна быть равна частоте генератора (таблица № 24.1), т.е.

Определим требуемую полосу пропускания ΔF усилителя высокой частоты на основании следующих условий: УВЧ должен обеспечить усиление сигнала при расстройке частоты генератора и при изменении доплеровской частоты от f_{d min} до f_{d max} . Если полоса пропускания усилителя ΔF симметрична, то

,

где 5% · f_генер – допустимая неточность настройки генератора в широком диапазоне климатических условий

Добротность Q вычисляется по формуле

Выбор операционного усилителя AD1 при малых выходных сигналах (менее 0,1 В) осуществляется по частоте единичного усиления, по одной из двух формул с большим значением f₁ [лаб. 22].

На основании проведенных рассуждений нам необходимо рассчитать узкополосный резонансный усилитель (именно узкополосный, т.к. Q > 1), с рассчитанным значением К_УВЧ, ΔF, f_г, где К_р=К_УВЧ,

Значение элементов рассчитываются по формулам [лаб.22]:

; ; ; .

При К_р > 10 значения C₁ и C₂ уточняются при настройке усилителя.

2.5. Расчет усилителя низкой частоты

Минимальный входной сигнал УНЧ составляет

U_{вх m УНЧ}.= U_mс ·K_УВЧ · K_D · U_г

Усилитель низкой частоты должен усилить этот сигнал до максимального напряжения равного .

Коэффициент усиления получается большим. Стоит вопрос на одном или на двух ОУ следует делать УНЧ?

При R₈ = 2к значение будет равно ( - эквивалентное сопротивление в цепи обратной связи УНЧ)

При > 2 МОм на результат преобразования начинает сказываться сопротивление утечки по плате, а также смещение точки покоя усилителя из-за наличия входных токов ОУ. Часто I_вх ≈ 8 ∙10^-8 А, то есть если, например, =10 Мом, то смещение точки покоя составит 0,8 В. При опорном напряжении 2,5 это весьма существенно, т.е. . Если принимать во внимание:

- утечку по плате;

- смещение рабочей точки от входных токов;

- предусмотреть возможность дальнейшего увеличения коэффициента усиления

то следует применить два усилителя УНЧ (AD3 и AD4).

Коэффициент усиления каждого усилителя будет равен

Возьмем Ком, тогда

Нижняя и верхняя частота двух каскадов УНЧ при погрешности усиления на этих частотах 5% определяются значениями f _dmin 4,2 и f_dmax∙4,2 [5].

;

В связи с тем, что сигнал низкочастотный, то можно использовать практически любой ОУ. Каскады усилителей низкой частоты (AD3 и AD4) изображены а схемах рис 24.4 и рис.24.6.

U_{вых m УНЧ1} = U_mс · К_УВЧ · К_d · К_УНЧ1 · U_гm;

U_{вых m УНЧ2} = U_{вых m УНЧ1} · К_УНЧ2