LiveStreet

ГЛИН состоит из генератора прямоугольных двуполярных импульсов и интегратора, преобразующего импульсы в линейно изменяющееся напряжение.
На выходе (out1) операционного усилителя (Х1) образуются прямоуголь-ные двуполярные импульсы. Параметры этого импульса определяются резисто-рами R1, R2, R3 и конденсатором C1. При формировании импульса положитель-ной полярности на выходе ОУ — максимальный положительный уровень на-пряжения Uвых+, конденсатор C1 начинает перезаряжаться через резистор R3. В некоторый момент t+ значение напряжения на конденсаторе достигает значения напряжения неинвертирующего входа и ОУ перебросится: на его выходе поя-вится максимальное отрицательное напряжение Uвых-. После этого конденса-тор опять начинает заряжаться через R3. В некоторый момент t- значение на-пряжения на конденсаторе достигает значения напряжения неинвертирующего входа и ОУ перебросится: на его выходе появится максимальное положитель-ное напряжение Uвых+. Далее все повторяется. Таким образом, на выходе воз-никает прямоугольный сигнал. Очевидно, что промежутки t+ и t- равны, так как конденсатор С1 перезаряжается через один и тот же резистор R3.
Второй операционный усилитель Х2 и конденсатор С2 выполняют роль интегратора. Резисторы R4 и R5 призваны уменьшить влияние напряжения смещения нуля и входных токов ОУ. Резистор R6 предназначен для уменьше-ния ошибки интегрирования. Очевидно, так как на выходе ОУ Х1 прямоуголь-ные двуполярные импульсы, то при интегрировании получается линейно изме-няющееся напряжение.
2. Выходной каскад. Представляет собой двухтактный УМ класса D на комплиментарных МОП транзисторах. Транзистор VT1, диод VD1 и резистор R8 образуют положительное плечо, VT3 – открыт, соответственно на нагрузку подается положительное напряжение. При этом VT2 и VT4 – закрыты. Анало-гично: транзистор VT2, диод VD2 и резистор R9 образуют положительное пле-чо, VT4 – открыт, соответственно на нагрузку подается положительное напря-жение. При этом VT1 и VT3 – закрыты. Резистор R7 ограничивает выходной ток компаратора. Резистор R10 и конденсатор С3 предназначены для устранения высокочастотных помех.
Данный каскад позволяет достичь необходимого быстродействия за счет использования VT1 и VT2, которые быстро перезаряжают собственные емкости МДП транзисторов.
3. Выходной ФНЧ. Так как техническое задание не требует малого значе-ния коэффициента нелинейного искажения, то справедливо выбрать стандарт-ный для данного класса усилителей однозвенный L-C фильтр.

1.1 Расчет генератора прямоугольных импульсов
По техническому заданию fв = 8кГц, для УМНЧ класса D считается при-емлемой ШИМ с частотой:
fг > 10×fв = 10×8кГц = 80 кГц.
Пусть fг = 100 кГц. Кроме того, необходимо, чтобы сигнал на выходе ГЛИН был бы по амплитуде больше усиливаемого сигнала Uглин ³ Uс =10В.
Возьмем Uглин =12В.
Для прямоугольного сигнала на выходе генератора (рис.3.1) длительности импульсов положительной и отрицательной полярности равны. Частота им-пульсов:
(3.1)
Для обеспечения быстродействия выбирается AD847J с напряжением пи-тания Uп = 15 В.
Пусть R1=2кОм, R2=10кОм. Тогда коэффициент обратной связи:
Из (3.1): (3.2)
Выбирая С1=3,3 нФ из (3.2) следует R3 =4 кОм.
Реальная частота из (3.1):
кГц
Полагая ток через делитель IR1 = 1 мА, тогда амплитуда прямоугольного сигнала:
Uпрям = UR1 +UR2 = (R1+ R2) × IR1= (2кОм+10кОм)×0,001= 12 В.
Мощности на резисторах:
PR1 = UR1×IR1 = (1-bОС)×Uпрям×IR1= 0,833×12×0,001= 10 мВт;
PR2 = UR2×IR2 = bОС×Uпрям×IR2= 0,167×12×0,001= 2 мВт;
PR3 = (UR2)2/R3 = (bОС×Uпрям)2/R3 = (0,167×12)2/4000 = 1 мВт.

1.2 Расчет интегратора
На входе интегратора получен сигнал с Uпрям=12 В, fГ = 112.6 кГц. Пусть значение конденсатора С2=1нФ. Резистор R6 предназначен для шунтирования емкости С2 на низких частотах. Номинал рассчитывается через частоту fг по формуле:
Ом
Очевидно, что на fг = 112,6 кГц номинал R6 практически не имеет значе-ния. Поэтому выбираем R6 =100 кОм.
Для определения значения R5 используют формулу:
кОм
Здесь Uглин – выходное напряжение ГЛИН. R5 выбирается не более рассчи-танного. Возьмем R5=2,2 кОм. Резистор R4 рассчитывается из условия:
кОм
Выбирается R4=2 кОм.
Пусть ток IR4 = 1нА. Мощности на резисторах:
PR4 = IR42×R4 = (1×10-9)2 ×2×103 = 2×10-15 Вт.
PR5 = (UR5)2/R5 = (Uпрям)2/R5= (12)2/2,2×103 = 65,5мВт;
PR6 = (UR6)2/R6 = (UС2)2/R6 = (12)2/1×106= 14,4 мВт;
Для получения высокой стабильности импульсов необходимо выбрать со-ответствующие элементы. Выбраны точные чип резисторы с малым отклонени-ем от номинала и малым TKR:
R1, R4 RVC20K102FTP 0,25Вт 2 кОм ± 1%,
R2 RVC20K103FTP 0,25Вт 10 кОм ± 1%,
R3 RVC20K622FTP 0,25Вт 4 кОм ± 1%,
R5 RVC20K102FTP 1Вт 2,2 кОм ± 1%,
R6 RVC20K104FTP 0,25Вт 100 кОм ± 1%.
Конденсаторы – пленочные полипропиленовые конденсаторы с малыми токами утечки (сопротивление 100ГОм)
С1 KP 2222 462.83302 3,3нФ ± 1% 250В,
С2 KP 2222 463.81002 1нФ ± 1% 400В.

Назначение
Фильтр ПЧ предназначен для создания требуемой полосы пропускания для поступившего от приемного устройства полезного сигнала и подавления сигналов помех вне рабочего диапазона частот. В отличие от пассивных LC-фильтров, активные обеспечивают более качественное разделение полос пропускания и затухания, и к ним не предъявляется жестких требований к согласованию нагрузки.

Основные технические требования
В основе активного фильтра промежуточной должны лежать резонансные RC звенья (РЗ) на операционных усилителях. Влияние друг на друга резонансных звеньев должно быть незначительным. Настройка звеньев фильтра должна обеспечиваться только изменением номиналов резисторов. Для исключения влияния сопротивления нагрузки на настройку фильтра и точной подстройки коэффициента передачи, на выходе схемы должно стоять усилительное звено (УЗ) на операционном усилителе такого же типа.
Фильтр должен иметь однополярное питание и иметь по возможности минимальное энергопотребление.

Параметры активного фильтра:
Центральная частота фильтра: 45 МГц;
Полоса пропускания фильтра по уровню -3дБ: 8,0 МГц;
Порядок фильтра: 4;
Точность номиналов компонентов: 1%, 5%;
Тип операционных усилителей AD8045;
Входное сопротивление: 50 Ом;
Выходное сопротивление: 50 Ом;
Напряжение питания: 5,0 В ±10%.
Структурная схема устройства:

Этапы проектирования фильтра:
1.Расчет прототипа фильтра при помощи программ схемотехнического моделирования.
2.Моделирование прототипа фильтра с идеальной моделью операционного усилителя.
3.Корректировка номиналов схемы при использовании экспериментальной модели операционного усилителя.
4.Изготовление макетного образца фильтра и проверка его работоспособности.
5.Корректировка номиналов схемы на макетном образце фильтра и сравнение с теоретическими результатами.


Рис.1 Схема фильтра с идеальной моделью операционного усилителя (один каскад)

Рис. 2 Параметры фильтра с идеальной моделью операционного усилителя

Проанализировав полученные графики видно, что характеристики практически идентичны, значит, данный фильтр соответствует всем требованиям поставленной задачи.
Итак, в индивидуальном задании был спроектирован активный фильтр промежуточный частоты, который соответствует всем требованиям поставленной задачи.