2. Выбор и расчет элементов функциональной схемы

2.1 Входной усилитель

В ходной усилитель должен обеспечить входное сопротивление, заданное в техническом задании, коррекцию искажений частотной характеристики и предварительное усиление полезного сигнала. В качестве входного усилителя выберем схему неинвертирующего усилителя на операционном усилителе (рис.2).

Рис. 2

Найдем напряжение, подаваемое на входной усилитель

(2.1)

Коэффициент усиления по напряжению всей схемы определится как:

(2.2)

Пусть входной усилитель обеспечивает усиление входного сигнала по напряжению до 2 В, а также обеспечивает входное сопротивление устройства Rвх=0,1 МОм.

(2.3)

Рассчитаем сопротивления обратной связи

, (2.4)

т.о. согласно ряду Е24: , .

Конденсатор С₂ уменьшает коэффициент усиления ВУ на частотах меньше нижней граничной, поэтому выбираем его номинал из условия:

(2.5)

В полосе пропускания входное сопротивление ВУ Rвх = R_1ïç(Rоудиф + R₂) @ R₁.

Разделительную емкость Ср1 выберем исходя из нижней граничной частоты:

, (2.6)

Для того чтобы искажения на нижней граничной частоте были меньше увеличим емкости конденсаторов: , .

Выберем операционный усилитель. Основным параметром для выбора ОУ является частота единичного усиления. Исходя из того, что верхняя граничная частота входного сигнала f_max= 200 кГц и спад логарифмической АЧХ операционных усилителей в области верхних частот составляет –20 дБ/дек, то для ВУ необходим операционный усилитель с частотой единичного усиления fед ³ f_max*Ku = 0.96 МГц. Скорость нарастания выходного напряжения операционного усилителя должна удовлетворять величине выходного сигнала на верхней граничной частоте:

V_Uвых ³ 2*p*f_max*Uву (2.7)

V_Uвых ³ 2,513 В/мкс.

Согласно этим требованиям выберем операционный усилитель 140УД26А.

Параметры операционного усилителя:

напряжение смещения: 0.03 (мВ);

входной ток: 40 (нА);

напряжение питания: 15В;

ток потребления: 4.7 (мА);

максимальное выходное напряжение: 13.5 (В);

максимальный выходной ток: 10 (мА);

скорость нарастания выходного сигнала: 11 ;

входное сопротивление: 10 (МОм);

выходное сопротивление: 200 (Ом).

частота единичного усиления 16 МГц

Рис. 3 Логарифмическая частотная характеристика входного усилителя

2.2 Регулятор уровня

Регулятор уровня необходим, чтобы обеспечить заданный в техническом задании диапазон регулирования выходной величины, равный -40% от максимального значения. Выберем схему регулятора уровня, представленную на рис.4.

Рис. 4

Сопротивления резисторов R4 и R5 находятся в следующей зависимости:

. (2.8)

Из этого выражения находим R4 = 40 кОм, R5 = 60 кОм. Величина разделительной емкости C3 и резистора R6 находится из передаточной функции, которую они образуют:

. (2.9)

Таком образом минимальная частота должна быть меньше или равна .

, (2.10)

Отсюда R6=200 кОм C3=1,5 мкФ. Коэффициент передачи регулятора уровня на заданном интервале частот равен единице.