дефолтный курсач / выполнение / 00_курсач_тв_велит

Последний расчётный номинал данной схемы – это ёмкость

Тогда расчётная ёмкость Ср будет равна:

однако такого номинала нет в ряде Е24, поэтому выбирается значение, подходящее под условие (3.3.1.5): Cp 4.3 μF.

На этом расчёт номиналов элементов каскада согласования окончен. Итоговые значения представлены ниже. Отдельно стоит отметить, что рассчитанный блок конденсаторов Cк, Сбл без изменений используется в последующих схемах, требующих операционный усилитель.

3.3.2. РАСЧЁТ РЕГУЛИРУЕМОГО УСИЛИТЕЛЯ (РУ)

Как видно из структурной схемы (приложение «А»), в преобразователе присутствуют три РУ. По условиям задачи они одинаковые. Отдельно стоит отметить, что так как каскад согласования был рассчитан как неинвертирующий, регулируемый усилитель также должен быть неинвертирующим.

Принципиальная схема РУ представлена ниже, на рисунке 3.3.2.1.

Рисунок 3.3.2.1 – Принципиальная схема регулируемых усилителей

До выбора полевого транзистора и его характеристик, необходимо рассчитать величину сопротивлений Rinv1 и Rinv2. Так как второй

операционный усилитель выполняет роль инвертора сигнала (поворачивает фазу на 180 градусов), его коэффициент передачи Ku2 должен быть равен

единице. Сам коэффициент передачи выражается следующим образом:

Тогда для выполнения равенства Ku2 1 необходимо равенство величин сопротивлений Rinv1 и Rinv2. Так как по условию задачи оптимальной величиной сопротивления является 10 кОм, номинал резисторов Rinv1 и Rinv2 принимаются равными 10-ти кОм: Rinv1 10 kΩ, Rinv2 10 kΩ.

Далее необходимо выбрать транзистор VT1 исходя из следующих условий:

Полевый транзистор должен быть с изолированным затвором;

Пороговое напряжение на затворе должно быть около 1 вольта.

Исходя из вышеописанных критериев был выбран полевый транзистор BSH111BK производства компании Nexperia. Это полевый транзистор с изолированным затвором и пороговым напряжением на затворе в диапазоне от 0.6 В до 1.3 В. Часть его характеристик представлена в приложении «».

Также необходимо рассчитать сопротивление канала транзистора при малом напряжении затвор-исток. Для удобства расчёта выбирается значение 1.8 В. Тогда, из характеристик транзистора (приложение «З») можно определить, что сопротивление канала RVT1 при заданном напряжении примерно равно 9 омам:

RVT1 9 Ω.

Зная сопротивление транзистора, можно рассчитать величину сопротивления резистора R1, исходя из условия того, что коэффициент передачи усилителя Ku1 должен находиться в диапазоне от 1 до 3. Тогда, из

формулы (3.3.2.1), можно выразить величину сопротивления резистора R1:

Тогда, для середины диапазона коэффициента усиления РУ величина сопротивления резистора R1 должна быть равна:

R1 RVT1 =4.5 Ω, Ku1

однако такого номинала сопротивления нет в ряде номиналов сопротивлений резисторов Е24 (приложение «Б»), так что выбирается ближайшее:

R1 4.7 Ω.

Далее необходимо рассчитать величину ёмкости конденсатора С1 по следующей формуле:

То есть величина ёмкости конденсатора С1 должна быть больше следующего значения:

5 =42553.191 μF.

R1 fz

Так как столь большого значения ёмкости нет в ряде номиналов конденсаторов Е24 (приложение «Г»), величина ёмкости С1 набирается из нескольких конденсаторов меньшей ёмкости и должна быть примерно равна:

C1 43000 μF.

Величина сопротивления резистора R2 принимается равной величине сопротивления резистора R1, то есть R2 R1=4.7 Ω.

Диапазон величины сопротивления переменного резистора R3 определяется исходя из того, что диапазон напряжений на резисторе должен быть от 0 В до EC=12 V, при токе Id 1 mA. Тогда правая граница величины сопротивления

резистора R3 будет равна:

Левая граница величины сопротивления вычисляется аналогичным образом. Однако, так как нулевое сопротивление невозможно, за левую границу целесообразно принять минимальный номинал сопротивления из ряда номиналов сопротивлений резисторов Е24 (приложение «Б»). То есть левая граница величины сопротивления переменного резистора R3 равна:

R3_lb 0.01 Ω.

Далее необходимо рассчитать величину ёмкости конденсатора C3, который должен убирать низкочастотную составляющую сигнала, аналогично конденсатору С1. Аналогично, его ёмкость можно рассчитать по формуле (3.3.2.3):

где Rout1 – величина выходного сопротивления первого операционного

усилителя (в рамках задачи в инвертирующем включении принимается равной

0.1 Ом).

Тогда величина ёмкости конденсатора C3 будет равна (с учётом выбора значения из ряда номиналов конденсаторов Е24):

C3 22 μF.

Далее необходимо рассчитать величину ёмкости конденсатора С2. Он выполняет функцию фильтрации частот: убирает переменную составляющую из сигнала напряжения смещения, стремясь сделать управляющее напряжение максимально низкочастотным. Исходя из этого, величина его ёмкости будет рассчитываться аналогично ёмкости конденсаторам C1 и C3 по формуле (3.3.2.3).

где за величину сопротивления переменного резистора R3 принимается значение его правой границы.

Тогда величина ёмкости конденсатора C3 будет равна:

однако такого номинала ёмкости нет в ряде номиналов ёмкостей Е24 (приложение «Г»), поэтому выбирается ближайшее подходящее:

C2 9100 μF.

Величина сопротивления резистора R5 рассчитывается по следующей формуле:

где Pоу – мощность операционного усилителя, в рамках задачи принимается

равной 100 мВт;

Eупр – управляющее напряжение, подаваемое на затвор транзистора.

Так как выше сопротивление транзистора рассчитывалось при значении напряжения затвор-исток 1.8 вольта, то и Eупр принимается равным 1.8 В:

Eупр 1.8 V. Тогда величина сопротивления резистора R5 будет равна:

R5 1.5 Eупр2 =48.6 Ω,

Pоу

однако такого номинала сопротивления нет в ряде сопротивлений Е24 (приложение «В»), так что выбирается ближайшее подходящее значение:

R5 51 Ω.

На этом расчёт номиналов элементов регулируемого усилителя окончен. Номиналы сопротивлений резисторов и ёмкостей конденсаторов представлены ниже:

3.3.3. РАСЧЁТ КАСКАДА МАТРИЦИРОВАНИЯ

Как видно из структурной схемы (приложение «А»), в преобразователе присутствует один каскад матрицирования (КМ). Он состоит из трёх сумматоров на операционном усилителе: один для сигнала яркости и двух одинаковых для цветоразностных сигналов.

Принципиальная схема каскада матрицирования представлена на рисунке 3.3.3.1.

Рисунок 3.3.3.1 – Принципиальная схема каскада матрицирования

Исходя из рекомендаций МСЭ-R BS.601-7, яркостной сигнал E'Y должен

получаться суммой цветовых сигналов по следующей формуле (в рамках задачи округление осуществляется до сотых):

где E'R – сигнал красной цветовой составляющей, E'G – сигнал зелёной цветовой составляющей, E'B – сигнал синей цветовой составляющей.

Тогда отношения величины сопротивления обратной связи к величинам сопротивлений Rg, Rr, Rb должны соответствовать коэффициентам перед

соответствующей цветовой составляющей в формуле (3.3.3.1). Для этого, методом подбора номиналов резисторов из ряда Е96, необходимо найти такие номиналы вышеописанных резисторов, при которых условие выполняется.

После расчёта номиналов резисторов в сумматоре для яркостного сигнала, необходимо рассчитать номиналы резисторов в двух одинаковых сумматорах для цветоразностных сигналов. Так как сумматоры одинаковые, достаточно найти величины сопротивлений резисторов RY, Rrr, Roc2 и R02.

Так как весовые коэффициенты в сумме сигналов на выходе должный быть равны единице, величины сопротивлений RY, Rrr и Roc2 должный быть равны.

Тогда номиналы вышеописанных резисторов будут равны 10.2-ти килоомам, для соответствия принадлежности резистора R02 к ряду Е96.

После этого необходимо рассчитать величину сопротивления резистора R02 по формулам (3.3.3.5) и (3.3.3.6), только для двух слагаемых:

Y02 1 + 1 + 1 ,

Roc2 RY Rrr

R02 1 . Y02

Тогда величина сопротивления R02 равна:

R02 1 =3.4 kΩ.

Y02

На этом расчёт номиналов элементов в схеме каскада матрицирования окончен. Итоговые номиналы всех элементов представлены ниже.

3.3.4 РАСЧЁТ ФИЛЬТРОВ НИЖНИХ ЧАСТОТ В РАЗЛИЧНЫХ ЦЕПЯХ

Необходимо рассчитать ФНЧ в следующих цепях (приложение «А»): в цепях регулируемых усилителей (ФНЧ1 и ФНЧ2), в цепи амплитудного селектора (ФНЧ3) и цифровой ФНЧ в цепи мультиплексора.

ФНЧ в цепи АС представляет собой обыкновенную RC-цепочку, строение которой представлено на рисунке 3.3.4.1.

Рисунок 3.3.4.1 – Схема фильтра нижних частот в цепи амплитудного селектора

Номиналы сопротивления резистора R1 и ёмкости конденсатора C1 выбираются из условия (3.3.4.1):

Так как оба номинала можно подобрать, то номинал резистора R1 выбирается оптимальным по условиям задачи: R1 10 kΩ. Тогда номинал ёмкости

конденсатора рассчитывается по следующей формуле:

само значение равно:

C1>2 μF.

Так как необходимо выполнение строго равенства, был выбран ближайший номинал ёмкости конденсатора из ряда Е24 (приложение «Е»):

C1 2.2 μF.