Проектирование аналоговых устройств
..pdf181
5+ Расчёт смещения нуля и предельного коэффициента гармоник
5.1+ Расчёт смещения нуля входного каскада
Для расчёта смещения нуля используется эквивалентная модель одного из плеч схемы (рисунок 5.1+). При этом максимальное смещение напряжения нуля на выходе придется удвоить.
R+ uсм* |
iвх* |
|
ip+ DA |
|
+ |
|
– |
iп |
iвх* |
Рисунок 5.1+ — Модель одного плеча каскада для расчета смещения нуля, приведенного ко входу
Из справочных данных известно:
Расчет неверен. |
Uсм |
|
= 5 10−2 В; |
|
|
|
|
|
|||||
|
U |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ошибочно определено |
|
см = 20 10 |
−6 |
В°С; |
|
|
|
||||||
R . Постоянный ток |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
+ |
|
Т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
не пойдет через Cр . |
|
Iвх = 30 10−9 A; |
|
|
|
|
|
||||||
Ошибочна будет и |
|
Iвх |
= |
Iвх+ |
= |
|
Iвх− |
= 1 |
10−9 А |
|
|
||
оценка кг . |
|
|
°С |
. |
|||||||||
|
|
|
|
Т |
|||||||||
|
|
Т |
|
|
Т |
|
|
|
|
|
Рассчитаем смещения нуля напряжения в диапазоне рабочих температур.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Twork = 25 °С; |
|
|
|
|
|
|
||||||
U |
см0вх |
= |
|
U |
см |
|
|
+ I |
вх |
|
|
R − R |
|
= |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
− |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R3 R4 |
0.5 Rист |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.5 |
R1 |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
= |
|
|
U |
|
|
|
+ I |
|
|
|
|
|
|
|
R3 |
+ R4 |
|
|
|
− |
R2 |
|
|
. |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
см |
|
вх |
|
|
|
|
|
|
|
R4 |
|
|
|
|
|
R2 + 0.5 R1 |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R3 |
+ 0.5 R |
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ист |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R3 + R4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
182 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 103 10 103 |
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
−3 |
|
|
|
|
|
|
|
−9 |
|
|
|
1 103 +10 103 |
|
|
|
|
|
1.8 103 200 |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
Uсм0вх = |
0,5 10 |
|
|
+ |
30 10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− |
|
|
|
|
|
|
0.503 |
мВ. |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
1 103 10 103 |
|
|
|
|
1.8 |
103 + 200 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 10 +10 10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
U |
см0вх |
= |
|
|
|
Uсм |
|
T |
|
+ |
|
|
Iвх |
ΔT |
|
|
|
R |
− R |
|
. |
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
work |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
work |
|
+ |
− |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
20 10−6 |
|
25 + |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 103 10 |
103 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
1.8 |
|
103 200 |
|
|
|
|
== 0.5 |
мВ. |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
Uсм0вх = |
+1 10 |
−9 |
25 |
|
1 103 +10 103 |
|
|
|
|
|
− |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
1 103 10 103 |
|
|
|
|
|
1.8 103 + 200 |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 10 |
3 |
+10 |
10 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
UΣсм0вх = ±(Uсм0вх + |
Uсм0вх ) = ± 0,5 10−3 + 0.5 10−3 |
|
= ±0.1 10−3 В. |
|
|
UΣсм0вых = UΣсм0вх K0 = ±0,1 10−3 10 = ±0.001В.
Так как вход симметричный, суммарное смещение нуля удваивается.
UΣсм0вых = 2 UΣсм0вых = 2 0.001 = 0.002В.
5.2+ Расчёт смещения нуля выходного каскада
Для расчёта смещения нуля используем модель схемы (рисунок 5.1+), т.к. в таком каскаде при одинаковых R+ и R− основную роль в смещении
напряжения нуля на выходе играет ток сдвига iсдв [1+, 3+, 5+].
Модель составлена неправильно: 1) генераторы тока iвх должны быть
подключены к каждому из входов ОУ;
2)должен быть не генератор iвх ,
агенератор iсдв.
Рисунок 5.2+ — Эквивалентная модель выходного каскада
Рассчитаем смещения нуля напряжения в диапазоне рабочих температур.
183
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Twork |
= 25 °С; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U |
|
|
= |
|
U |
|
|
+ |
I |
|
|
|
R |
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
см0вх |
|
|
|
|
|
|
|
|
см |
|
|
|
|
|
сдв |
|
|
− |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R5 |
R6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
Uсм |
+ |
|
Iсдв |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R5 + R6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
103 0.1 103 |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
= |
|
0, 5 10−3 |
+ 30 10−9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.503мВ. |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
2 103 + 0.1 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
103 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
U |
см |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
вх |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
U см0 вх |
= |
|
|
|
|
Tw ork |
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
Tw ork |
|
|
R− |
|
= |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 10 |
3 |
0.1 10 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
= |
|
20 |
10 −6 |
|
|
25 + 1 10 −9 25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 0.5 мВ. |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
2 103 + 0.1 103 |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U Σсм0 вх = ± (U см0 вх + U см0 вх ) = ± 0.5 10 −3 + 0.5 10 −3 = ±0.1мВ.
U Σсм0 вых = U Σсм0 вх K 01 = ±0.1 10 −3 20 = ±2 мВ. |
??? |
Напряжение смещения нуля на выходе усилителя 2мВ. Минимальная |
амплитуда номинального напряжения сигнала на выходе, согласно техническому заданию, составляет 100 мВ, т.е. усилитель не вносит существенные нелинейные искажения в выходной сигнал. Из этого следует, что дополнительных мер для уменьшения напряжения смещения нуля на выходе не требуется.
Предельный коэффициент ослабления синфазной помехи при идеальной балансировке плеч усилителя определяется соотношением
КОСФПΣ = КОСФПОУ Kсовх .
Специальная балансировка выходного каскада не производится. С учетом разброса параметров элементов реальный коэффициент ослабления синфазной помехи составляет не менее 60 % от идеального:
КОСФП ≥ 0,6 (КОСФПОУ + Kсовх) =0,6·(80+·20)=60 дБ.
Это значение удовлетворяет требованиям ТЗ.
Утверждение голословное и неверное. Нужно учитывать разброс сопротивлений резисторов R5 , R6 в каждом из плеч входного делителя оконечного каскада (рис. 2.1+) [2+].
184
5.3+ Расчёт коэффициента гармоник
5.3.1+ Расчёт коэффициента гармоник входного каскада
Определим глубину обратной связи с помощью диаграммы Боде (рисунок 5.2).
Ky, dB
f, Гц
Рисунок 5.2+ — Диаграмма Боде для входного каскада
???
Функцию напряжения на выходе можно аппроксимировать полиномом вида [1]:
U |
вых |
= аU |
1 |
+ a U 2 |
+ a U 3 |
+ a U 4 |
+ a U 5 |
+ ... |
(5.1) |
||||
|
1 |
2 |
1 |
3 |
1 |
4 |
1 |
5 |
1 |
|
|
Так как амплитудная характеристика ОУ несимметрична, превалирующими будут чётные гармоники. Следовательно, коэффициент второй гармоники ориентировочно не будет превышать
|
≈ (0.05...0.1) |
1 |
|
Um 2 ( f ) |
2 |
||
kГСПРЕД |
|
|
|
|
|
, (5.2) |
|
( A(2 f ))2 |
|
|
|||||
|
|
Um* |
2 ( f ) −UΣcм0вых |
|
где Um2* — максимально достижимая амплитуда выходного напряжения ОУ при коэффициенте гармоник 1—5 %, определяемая меньшим из значений низкочастотного Um2* (0) и высокочастотного Um2* ( f ' =10кГц) [2].
Так как на выходе микрофонного усилителя Um2 ( f ) = 4 В, то на вы-
ходе входного каскада Um2 = 0,2 2 =0,28 В (т.к. Um2 |
=Um2 |
). |
|
K02 |
При максимально-допустимом выходном напряжении ОУ коэффициент гармоник составляет не более 10 %. По диаграмме Боде на рисунке 5.2 определим глубину обратной связи:
A(2 f ) = 55 − 20 = 35дБ 56.23.
185
|
|
|
|
1 |
|
|
|
U m 2 |
|
|
|
k |
|
≈ 0.1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
ГСПРЕД |
( A(2 |
f ) ) |
|
|
− U Σcм0 вых |
||||||
|
|
|
U m* |
2 |
|
|
|
1 |
|
0.28 |
|
|
|
= 0.1 |
|
|
|
|
|
= 0.004% . |
(56.23 ) |
|
|
||||
|
12 |
− 0.002 |
|
5.3.2+ Расчёт коэффициента гармоник выходного каскада
Определим величину обратной связи с помощью диаграммы Боде (рисунок 5.3).
Это можно было сделать и на рис. 5.2+. Зачем дубль рис. 5.2+?
Ky, dB
f, Гц
Рисунок 5.3+ — Диаграмма Боде для выходного каскада
U m 2 = U вых |
2 = 4 1.41 = 5.7 В. |
|
|
|||||
A(2 f ) = 55 − 26 = 29дБ 28, 2. |
|
|
||||||
|
1 |
|
|
|
U m 2 |
|
|
|
kГСПРЕД ≈ 0.1 |
|
|
|
|
|
|
|
= |
( A(2 f )) |
|
|
− UΣcм0вых |
|||||
|
U m* |
2 |
|
|
|
|
1 |
|
5.7 |
|
|
|
= 0.1 |
|
|
|
|
|
|
= 0, 2 %. |
(28.18) |
|
− 0.002 |
|||||
|
|
12 |
|
|
Суммарный предельный коэффициент гармоник двух каскадов не превышает суммы
k ΣГСПРЕД = 0, 00 4% + 0, 2 % = 0, 2 % .
Такой коэффициент гармоник удовлетворяет ТЗ: он не превышает
0,5 %.
186
6+ Расчёт отношения сигнал/шум
Функциональные модули усиления и обработки сигналов звукового диапазона частот в усилительном устройстве на выходе кроме усиленного сигнала имеют собственные шумы за счет тепловых шумов резисторов схемы и шумов активных элементов. Наличие этих шумов приводит к ухудшению качества воспринимаемой слушателем звуковой картины [1+].
Для описания шумовых свойств используется эквивалентная шумовая модель каскада (рисунок 6.1+).
R+
eшR+ |
|
eш |
iп _ |
eшR |
DA |
||
|
− |
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
– |
iп |
|
|
iп |
|
|
|
Рисунок 6.1+ — Эквивалентная шумовая модель каскада
Произведем оценку отношения сигнал/шум, используя соотношения, приведенные в [2+].
k = 1.38 10 −23 Дж |
|
|
|
; |
|
= 5 |
пА |
; |
|
|
|
= 15 нВ |
|
; |
|||||
|
|
|
i |
|
|
|
|||||||||||||
град |
e |
п |
Гц |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
Гц |
|
|
|
|
||||||
f0 = 50 Гц; eФ = |
|
|
|
f0 |
; |
eш = |
en2 + |
eф2 . |
|
|
|
|
|
|
|
||||
eп |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
f |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Входной каскад
R+
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R3 R4 |
0.5 R |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ист |
|||||||
|
R+ = |
|
|
|
R3 + R4 |
|
|
|
|
, |
||||||||||
|
|
|
|
|
R3 R4 |
+ 0.5 |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ист |
|||||
|
|
|
|
|
R3 + R4 |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
1 103 10 103 |
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
||||||
|
1 10 |
3 |
+10 10 |
3 |
||||||||||||||||
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
= 90 Ом, |
|||||||||||
|
|
1 103 10 103 |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+100 |
||||||
|
|
|
|
|
3 |
|
+10 10 |
3 |
|
|||||||||||
|
|
1 10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
R− |
|
= |
R2 0.5 R1 |
, |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R2 + 0.5 R1 |
|
|
|
||||||
R |
= |
1.8 103 200 |
=180 Ом. |
|||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||
|
|
− |
|
1.8 103 + 200 |
|
|
|
(6.1+)
(6.2+)
187
Эквивалентная спектральная плотность напряжения шума от всех источников, приведенная ко входу, определяется равенством:
Расчеты следует производить в соответствии с ОС ТУСУР 6.1-97*
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
2 + |
|
|
|
|
2 (R2 |
+ R2 ) + 4kT (R + R ). |
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e |
|
|
e |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ш вх |
|
|
|
|
ш |
|
|
n |
+ |
|
|
− |
|
+ |
|
|
|
− |
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10кГц |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10кГц |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ш вых = |
|
|
|
∫ |
|
|
|
|
|
швх2 К( f )2 df = |
∫ |
|
|
швх2 |
102 df = 9 10-6 В. |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
U |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e |
|
e |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 Гц |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100Гц |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
c |
|
ш |
= |
Uвых ном |
|
= |
|
|
0.2 |
|
|
= 2.21 104 ; c |
ш |
= 86 дБ. |
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 10-6 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uш вых |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
Выходной каскад |
|
|
|
|
Ошибочны пределы интегрирования |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
R + = R − |
|
|
|
= |
R 5 R 6 |
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R 5 + R 6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
= |
|
2 10 3 0 .1 10 3 |
|
|
= 95 кОм. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
2 10 3 |
|
+ 0 .1 10 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
+ |
|
|
2 ( R 2 |
+ R 2 ) + 4 kT |
( R |
|
+ R |
|
) . |
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
e |
ш вх |
|
|
|
|
e |
+ |
− |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ш |
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
− |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 0 кГц |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 0 кГц |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
∫ |
|
eш2 |
вх К ( f ) 2 d f = |
∫ |
|
eш2 |
вх 20 2 d f |
= 1 .62 10 -5 В. |
|||||||||||||||||||||||||||||
U |
ш вых |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 0 0 Гц |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 0 0 Гц |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
c |
ш |
= |
U |
вых ном |
= |
|
|
|
|
|
4 |
|
2 |
|
|
= 2 .5 |
10 5 ; c |
ш |
= 10 7 |
дБ. |
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 -5 |
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
U |
|
|
ш вых |
1 .62 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Из приведенных расчетов следует, что результирующее отношение на выходе усилителя около 85 дБ, т.к. доля второго каскада в ухудшении отношения сигнал/шум составляет около 1 дБ. Это соответствует требованиям к аппаратуре второй группы сложности.
Следовало провести расчет корректнее, с учетом вклада шумов обоих каскадов.
188
7+. Моделирование усилителя
Результаты моделирования частотных характеристик в пределах, определенных техническим заданием.
Цель? Какие параметры проверяются? Почему?
АЧХ микрофонного усилителя
Рисунок А.1+ — АЧХ микрофонного усилителя (f = 250 Гц, Ky = 46 дБ)
Рисунок А.2+ — АЧХ микрофонного усилителя (f = 6.0 кГц, Ky = 46 дБ)
ФЧХ микрофонного усилителя |
Пределы выставлены |
неправильно |
|
|
|
Рисунок А.3+ — ФЧХ микрофонного усилителя
(f = 250 Гц, ϕ = 14,9 о)
189
Рисунок А.4+ — ФЧХ микрофонного усилителя (f = 6.0кГц, ϕ = –17,8 о).
Результаты моделирования подтверждают соответствие характеристик требованиям ТЗ.
1) Соответствие каких параметров? Всех?
2) Почему не обработаны результаты моделирования?
190
8+ Заключение
Спроектирован микрофонный усилитель для электродинамического микрофона МД-78 со следующими параметрами:
–коэффициент усиления 46 дБ,
–коэффициент гармоник не превышает 0,5 % в рабочей полосе частот от 50 Гц до 10 кГц,
–напряжение источника питания усилителя ±15 В,
–отношение сигнал/шум — не менее 86 дБ.
Усилитель удовлетворяет требованиям технического задания, прост в реализации, соответствует второй группе сложности аппаратуры звуковоспроизведения и может быть рекомендован для использования.