Условное графическое обозначение К140УД6 показано на рисунке 3.
3.Рисунок 3.3-Условное графическое обозначение К140УД6Назначение выводов К140УД6:1, 5 — вход балансировки (частотной коррекции);2 — вход инвертирующий;
3 — вход неинвертирующий;
4 — отрицательное напряжение питанияUп;7 — положительное напряжение питания Uп. Параметры ОУсведены в таблицу 1. Таблица 1 — Параметры ОУ К140УД6Максимальная скорость изменения UВЫХ (VMAXВЫХ ОУ), В/мксRВЫХ, ОмUп, BRн, Ом0,5не более 300(минус 15…15)1000.
Схема повторителя напряжения на ОУ показана на рисунке 3.
4.Рисунок 3.4-Схема повторителя напряжения на ОУРасчетная часть (расчеты электрических схем функциональных узлов).
3.4 Режекторный фильтр
Требования к режекторному фильтру: подавление помехи с частотой 2 кГц не менее 26 дБ. Схема электрическая принципиальная режекторного фильтра показана на рисунке 3.
5.Рисунок 3.5-Схема электрическая принципиальная режекторного фильтра.
Расчитаем номиналы цепи [3]. Определимдлину волны через скорость распространения электромагнитных волн (скорость света), и частоту по формуле (1):(1)Емкость определяется:(2)Частота определяется формулой:(3)Из этой формулы выразим L:(4)Индуктивность возможноизготовить по заказу вручную. Добротность в данном случае можно определить, (5)где B — полоса пропускания по уровню минус 3 дБ. Выбор полосы 1250.
Гц (т. е. ±625 Гц относительно центральной частоты 2000.
Гц) мотивируем тем, чтоза счет резонанса, по определению добротности подавление контуром получим примерно в 1,6 раза;
поскольку надо получить 26 дБ (примерно 20 раз), то для подавления строим делитель на R1R2, при этом R1 не входит в последовательный контур. Сужение полосы (увеличение добротности) поведет к очень малому значению сопротивления провода индуктивности, что нереализуемо в случаепассивного фильтра. Поскольку для последовательного контура (6)Тогда (7)Или Омическое сопротивление провода не должно быть более 332 Ом. От делителя R1R2 нужно подавление: DR1R2=20раз. Или, коэффициент передачи этого делителя будет равен: КR1R2=1/20=0,05. Формула для коэффициента передачи этого делителя, с учетом выходного сопротивления источника сигнала (по заданиюRГ=50 Ом) и учетом входного сопротивления последующего повторителя напряжения (оно большое, пренебрегаем) имеет вид: КR1R2 = R2/(R2 +R1 +RГ)(8). Отсюда: R1 = [R2 -КR1R2(R2 + RГ)]/КR1R2 = [332 — 0,08(332 + 50)]/0,05≈ 6028.
Ом.4 Технологическая часть и электрическое моделирование.
Проведем моделирование узлов разработанного коммутатора в программе MicroCAP 10, дляподтверждения соответствия полученных в результате расчетов требованиям технического задания. Введем в пакете для моделирования MicroCap 10эквивалентную схему режекторного фильтра и проведем eeмоделирование. Моделируемая схемасо стандартными номиналами резисторов приведена на рисунке 4.
1.Рисунок 4.1 — Схема режекторного фильтра.
Значениядля сопротивления, конденсатора и катушки индуктивности вычислены вышев п.
3.4. В ходе моделирования в режиме «ACAnalysis"в указанных пределах получим АЧХ режекторного фильтра, показанную на рисунке 4.
2.Рисунок 4.2 — Параметры анализа и график АЧХ режекторного фильтра.
График АЧХ режекторного фильтра в логарифмическом масштабе с частотой подавления 2 кГц показан на рисунке 4.
3.На рисунках 4.2 и 4.3 указано подавление на заданной частоте помехи. Рисунок 4.3- АЧХ режекторного фильтрав логарифмическом масштабе.
По ТЗ необходимо обеспечить подавление помехис частотой 2 кГц не менее 26 дБ, на рисунке 4.3 показано значение коэффициента подавления указанной помехи, составляющее25,713 дБ. На рисунке 4.4 по АЧХ определен коэффициент передачи фильтра на 25 Гц. Рисунок 4.4-Определение коэффициента передачи фильтрана 25 ГцСледовательно, выполненное моделирование в среде Micro-Cap 10 режекторного фильтра, подтверждает, что расчет элементов режекторного фильтра в разделе 3.4 был произведенверно, и разработанный коммутатор соответствуетзаданным требованиям.
5 Анализ метрологических характеристик разрабатываемого устройства (процедура тестирования) При необходимости дальнейшеготестирования (моделирования).
параметры анализа режимов, в т. ч.режима «ACAnalysis», должны быть установлены в требуемых пределах и соответствовать расчетным значениям элементов. Для подтверждения работоспособности разработанного коммутатора и соответствия его параметров требованиям ТЗ определим его основные характеристики. Определим величину погрешности сигнала на выходе коммутатора. Для минимизации погрешности выходного сигнала в схему включенповторитель напряжения. Rн=Rвхпн= 10 МОм, Rвкл= 100 Ом, Rвых= 50 Ом,. (9)δкл= (1 — 0,999 985) · 100% = 0,0015%.(10)где Rн =Rвхпн- входное сопротивление операционного усилителя, включенного по схеме повторителя напряжения;Rвкл — сопротивление включенногокоммутатора (мультиплексора);Rвых — выходное сопротивление используемых источников сигнала. Частота среза (верхняя частота) ключаADG409 определяется его характеристиками и равнамаксимальной частоте сигнала — 1 МГц. Поскольку сам ключ пропускает до 1 МГц, то тогда верхняя частота коммутатора в целом определяется фильтром и повторителем напряжения. По ТЗ максимальная частота изменения входных аналоговых сигналов 25 Гц. Пропускание фильтра проверено моделированием и коэффициент передачи фильтра на 25 Гц близок к единице (равен 989 мВ), что обеспечивает пропускание входных сигналов. Для повторителя напряжения на операционном усилителерассчитаем полосу максимальной мощности:(11) — полученное значение с запасом обеспечивает работу коммутатора для заданных сигналов. Значение подавления по ТЗ задано в децибелах, переведем его в разы по формуле: Kдц=20lgKраз,(12)26 = 20lgKраз,(13)lgKраз=26/20=1,3,(14)Kраз=19,95,Имея значение в разах, проведем расчет коэффициента передачи следующим образом: (17)Сравним, какой коэффициент передачи дало моделирование, исходяиз напряжений на частотах 25 Гц и 2 кГц (2000.
Гц):(18)Получены близкие значения. Диапазонвходного напряжения определяется параметрами мультиплексора [минус15;15]. Дополнительно, в соответствии сТЗ, обеспечено подавление помехи частотой 2 кГц на уровне более 26 дБ. Рассчитаны номиналы режекторного фильтра для подавления частоты 2 кГц, исмоделированрежекторный фильтр. По результатам моделированияна частоте 2 кГц глубина подавления составила 25,713 дБ, что при округлении удовлетворяет требованиям ТЗ.
Заключение
.
В ходе выполнения данного курсового проекта был разработан коммутатор аналоговых сигналов, соответствующий требованиям технического задания. Был проведен обзор и анализ справочной литературы, в ходе которого были выявлены ИМС аналогов и прототип коммутатора, на основе которого и было построено описываемое устройство. Были разработаны функциональная и принципиальная схемы коммутатора. С помощью программы схемотехнического моделированияMicroCap 10 было проведеномоделирование выбранного узла схемы коммутатора, режекторного фильтра. Проведенныйанализ подтвердил правильность выбора и расчета отдельныхэлементовузларазработанного коммутатора.
Список использованных источников
1Титце У., Шенк К., Полупроводниковая схемотехника. — М.: Мир, 1982. — 512 с. 2 Никонов А. В., Никонова Г. В., Разработка электрических функциональных устройств: Методические указания для курсового проектирования по «Электротехнике и электронике».- Омск: Изд-во ОмГТУ, 2005.
— 66 с.3Ханзел, Г. Е., Справочник по расчету фильтров: США, 1969 / Г. Е. Ханзел: пер.; под ред. А. Е. Знаменского. — М.: Сов. Радио, 1974. -.
288 с. 4 Перельман Б. Л., Шевелев В. В., Отечественные микросхемы и зарубежные аналоги. — М.: НТЦ Микротех, 1998. — 376 с. 5 Аналоговые ключи и мультиплексоры [Электронный ресурс] - Режим доступа:
http://www.analog.com/ru/products/switches-multiplexers/analog-switches-multiplexers.html6 Аналоговые ключи и мультиплексоры фирмы Maxim [Электронный ресурс] - Режим доступа:
http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/ic/Maxim/switches/index3.htm7Электроника и связь. Каталог [Электронный ресурс] - Режим доступа:
http://www.eandc.ru/catalog/detail.php?ID=8266.
