Расчет подавителя синфазной помехи

Расчет усилительных преобразователей обычно ведут от выхода по входу. Поэтому расчет транзисторной части устройства, т. е. подавителя помех, следует начинать с транзисторов VT1, VT2 и VT3, VT4. Прежде всего необходимо выполнить условие

R_{вых. VT1,VT2} >> R_ист., где R_{вых VT1,VT2}=0,5*R_{вых. VT1}

Для выполнения этого неравенства составим уравнение:

,

где ;

I_кп1 – сила тока покоя VT1;

F_z1 – глубина ООС типа Z в каскаде с VT1.

Учитывая, что глубина ООС должна быть достаточно большой, примем F_z.1»20.

Тогда:

Значение I_к.п.1 получилось более 1 мА, это означает что условие R_{вых. VT1,VT2} >> R_ист. Легко выполняется и при силах тока I_к.п.1> 1 мА. Чтобы не пересчитывать преобразователь питания, выберем силу тока I_к.п.1 = 1 мА. Для этого уменьшим F_z1 :

I_к.п.1= I_к.п.2= I_к.п.3= I_к.п.4.

Определим значение сопротивлений R₁= R₂= R₃= R4:

 

где S₁ – крутизна коллекторного тока VT1, ;

φ_т – термопотенциал p-n перехода; φ_т=25 мВ.

Поскольку уточненное значение , определим уточненное значение выходного сопротивления транзисторов VT1 – VT4:

где:

должно удовлетворять условию . В данном случае различие составляет не больше 10%, что вполне допустимо и можно продолжать расчет далее.

Обозначим U₁ напряжение покоя между базой VT1 и шиной +Е_п.

Тогда,

где U_бэ1=0,6В.

Отметим, что значение U₁ справедливо и для VT2..VT5, VT8, VT9, VT12.

Выбор транзисторов VT1..VT4 произведем с помощью следующих величин:

 

;

 

 

При выборе типа транзистора VT1..VT4 следует учитывать:

А) Обязательно обеспечить комплементарность пар транзисторов VT1, VT2 и VT3, VT4.

Б) Желательно иметь наибольший коэффициент усиления по току (b).

В) Желательно обойтись без составных транзисторов.

Г) Желательно, чтобы транзисторы VT1, VT3, VT5, VT9 входили в одну микросборку, а транзисторы VT2, VT4, VT8, VT12 – в другую (комплементарную к первой).

Примечание: т.к. I_к.п.1 существенно меньше 1мА, то следует уменьшить значение b₁, полученное по справочным данным, в 2 раза (аналогично и для других транзисторов).

 

Таблица 5 - Параметры комплементарных транзисторных микросборок
(без детализации по буквам)

Тип	Кол-во транзисторов	b	fт, МГц	Cк, пф	Uк.э., В	Pк, мВт	Iк, мА	Iк.о., мкА
198НТ3 (n-p-n)		20..250						0,1
198НТ7 (p-n-p)		20..300						0,5

 

Т.к. в схеме подавителя синфазной помехи используется принцип управления «по свидетелю», то транзистор VT5 следует выбрать такого же типа, как и VT1, VT2. Аналогично тип VT8 совпадет с типом VT2, VT4. При этом: I_к.п.5= I_к.п.8= I_к.п.1; R₅=R₆=R₁

Для повышения термостабильности транзисторных преобразователей будем проектировать токовые зеркала на VT5, VT9 и VT8, VT12 в прямом варианте, т.е. принимаем R₇=R₈=R₁. транзисторы VT6 и VT10 выбираем с помощью тех же величин, которые использовались при выборе VT1. при этом желательно, чтобы VT6 и VT10 входили в одну микросборку. Транзисторы VT8 и VT12 выбираются как комплементарные к VT6, VT10.

На этом расчет по постоянному току закончен.

 

 

Расчет по переменному току

 

Здесь вначале делаем расчет для средних частот. Затем расчет для низких частот. И заканчиваем этот раздел расчетом для верхних частот.

 

Расчет для средних частот

Для ОУ произведем расчет резисторов, обеспечивающий те значения коэффициентов усиления, которые были получены в эскизном проектировании.

Значение сопротивления резисторов R₉ и R₁₁ определим из условия пренебрежения входными токами ОУ:

 

Сопротивление резистора R₁₀ определяем из условия задания требуемого коэффициента усиления (K_1.2):.

Сопротивления резисторов R₁₆ и R₁₇ определим по тому же критерию, что и сопротивления резисторов R₉ и R₁₁:.

Сопротивления резисторов R₁₄ и R₁₅ определим из условия задания требуемого коэффициента усиления (К₃):.

Сопротивления резисторов R₁₂ и R₁₃ определим из двух условий:

А) Обеспечение требуемого коэффициента ослабления синфазной помехи (К_{осл.синф.пом}), значение которого получено в эскизном расчете. Из этого условия

Б) Отсутствие перегрузки ОУ DA₁ и DA₂ по выходу. Из этого условия

Из справочных данных: . Но так как для ОУ ток и напряжение

допустимы, то и условие перегрузки ОУ по выходу запишется в следующем виде:

Таким образом, условие выполняется.

Далее рассмотрим прохождение синфазного сигнала через усилитель DA3. В эскизном проектировании анализировались нелинейные искажения (из-за наличия синфазной помехи) только по третьей гармонике выходного сигнала. Сейчас рассмотрим проблемы выбора резисторов R14…R17 для обеспечения необходимого подавления синфазного сигнала в DA3.

Учитывая, что для ОУ в дифференциальном включении,

,

где δR – относительная погрешность сопротивлений резисторов, а так же, что К_синф=К_{синф DA3}(из раздела 1.1.1), можно сформулировать требование к погрешности сопротивлений резисторов R14…R17:

Сопротивления резисторов подключенных к выходным клеммам ОУ не должны быть менее допустимого значения сопротивления нагрузки. Т.е. должны выполняться

условия:

 

Заканчивая расчет для средних частот необходимо определить КПД проектируемого устройства. Для этого нужно вычислить мощность потерь:

Результирующий КПД проектируемого устройства:

На этом расчет средних частот закончен.

Расчет для низких частот

Частотные свойства проектируемого устройства в области низких частот определяются разделительным конденсатором С₃. Его емкость найдем следующим образом:

где М_{н зад} следует выразить в абсолютных единицах:

На этом расчет для низких частот закончен.

Расчет для верхних частот

Т. к. верхняя частота заданного диапазона частот сравнительно невелика (не более 300Гц), то частотные свойства проектируемого устройств в области верхних частот определяется, в основном, конденсаторами С₁ и С₂. Емкость этих конденсаторов следует выбрать в соответствии с формулой:

Кроме того, в области верхних частот следует проверить влияние паразитных емкостей кабелей С_каб. Для них

Так как f_в.каб ³ 2f_в., то влиянием емкостей кабелей можно пренебречь.

На этом расчет для верхних частот закончен.

 

Построение графика АЧХ

Вначале строим асимптотическую логарифмическую АЧХ (ЛАЧХ), а затем строим график расчетной ЛАЧХ.