дефолтный курсач / выполнение / 00_курсач_тв_велит
.pdf
Расчёт ФНЧ в цепи каскада матрицирования производится по одинаковой методике, но разных частотах. По условиям задачи, ключевые частоты для яркостной составляющей сигнала выбираются следующим образом:
fc_Y fB=10.13 MHz, |
(3.3.4.3) |
fs_Y fd_Y_os=204.75 MHz, |
(3.3.4.4) |
|
где fc_Y – частота среза фильтра для яркостной составляющей сигнала; fs_Y – граничная частота фильтра для яркостной составляющей сигнала.
Ключевые частоты для цветоразностных составляющих сигнала
рассчитываются по следующим формулам: |
|
fc_C fB=10.13 MHz, |
(3.3.4.5) |
fs_C fd_C_os=102.375 MHz, |
(3.3.4.6) |
|
где fc_C – частота среза фильтров для цветоразностных составляющих сигнала; fs_C – граничная частота фильтра для цветоразностных составляющих сигнала.
Согласно рекомендациям ITU-R BT.709-6, величина затухания в области в задержания должна быть не менее 50-ти децибел. Это условие применяется всех трёх ФНЧ в цепи каскада матрицирования.
Также отдельным условием является то, что фильтры должны быть активными: выполнены на операционных усилителях.
Для синтеза фильтров была использована программа MicroCap12 и встроенный в неё автоматический синтезатор фильтров. Принципиальные схемы и графики АЧХ фильтров представлены ниже, на различных рисунках.
Рисунок 3.3.4.2 – Схема ФНЧ для яркостной составляющей
Рисунок 3.3.4.3 – АЧХ синтезированного ФНЧ для яркостной составляющей
Это фильтр Баттерворта второго порядка. Номиналы элементов на схеме должны быть следующие. Так как номиналы некоторых элементов не получить одним элементом с номиналом из одно из известных рядов, ниже
представлены значения, к которым необходимо стремиться. 0.
C2 97.45 10-18 F,
C3 0.97 10-18 F,
R2 108.245 MΩ,
R3 24.013 109 Ω,
R4 221.807 109 Ω,
R5 27.646 109 Ω.
Два ФНЧ для цветоразностных составляющих сигнала представляют собой фильтры Баттерворта третьего порядка со следующими номиналами элементов.
C4 97.45 10-18 F,
C5 0.97 10-18 F,
C6 97.45 10-18 F,
R6 146.34 MΩ,
R7 17.76 109 Ω,
R8 164.67 109 Ω,
R9 20.09 109 Ω,
R10 161.22 MΩ.
Рисунок 3.3.4.4 – Принципиальная схема ФНЧ для цветоразностных составляющих
Рисунок 3.3.4.5 – АЧХ синтезированного ФНЧ для цветоразностных составляющих
Далее необходимо рассчитать цифровой фильтр нижних частот в тракте мультиплексора. Ключевые частоты которого выглядят следующим образом:
fc_dlpf fB=10.13 MHz, |
(3.3.4.7) |
fs_dlpf fd_Y÷2=12.797 MHz, |
(3.3.4.8) |
|
где fc_dlpf – частота среза фильтров для цветоразностных составляющих
сигнала;
fs_dlpf – граничная частота фильтра для цветоразностных составляющих сигнала.
Требования к затуханию фильтра такие же, как и к аналоговым фильтрам в цепи КС.
Для синтеза ЦФНЧ использовался инструментарий программы Mathcad Prime версии 11.0.0.0 и официальная справка компании PTC по синтезу фильтров встроенным функционалом. Для этого сперва необходимо рассчитать нормализованное значение частоты среза f'c_dlpf по следующей
формуле:
Ωc_dlpf |
fc_dlpf |
=0.396 . |
(3.3.4.9) |
|
fd |
||||
|
|
|
Далее необходимо задаться величиной количества коэффициентов фильтра. Так этот параметр находятся методом подбора, ниже будет представлена АЧХ фильтра с уже подобранным порядком (Баттерворт, 30-ого порядка).
|
|
|
|
|
|
|
|
10.133 |
|
12.797 |
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-3 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
1.5 |
3 |
4.5 |
6 |
7.5 |
9 |
10.5 |
12 |
13.5 |
-10
-20
-30
-40
-50
-50 |
|
|
|
A(Z1) |
|
|
|||
-60 |
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
-70 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-80 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-90 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
FF 500,fd x (MHz)
Рисунок 3.3.4.6 – АЧХ синтезированного цифрового ФНЧ
Коэффициенты синтезированного цифрового фильтра нижних частот представлены ниже.
0.869 1.738 0.869
1 1.538 0.9380.819 1.638 0.819
1 1.449 0.826
0.775 1.55 0.775
|
|
|
1 |
1.371 |
0.728 |
|
|
|
|
0.736 |
1.473 |
0.736 |
|
|
|
|
1 |
1.303 |
0.642 |
|
|
|
|
0.703 |
1.406 |
0.703 |
|
|
|
|
1 |
1.244 |
0.567 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
0.674 |
1.347 |
0.674 |
|
|
|
|
1 |
1.192 |
0.502 |
|
|
|
|
0.649 |
1.297 |
0.649 |
|
|
|
|
1 |
1.148 |
0.446 |
|
A1 |
T |
|
0.627 |
1.254 |
0.627 |
|
|
= |
1 |
1.11 |
0.398 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
0.609 |
1.218 |
0.609 |
|
|
|
|
1 |
1.078 |
0.358 |
|
|
|
|
0.594 |
1.188 |
0.594 |
|
|
|
|
1 |
1.051 |
0.324 |
|
|
|
|
0.582 |
1.163 |
0.582 |
|
|
|
|
1 |
1.029 |
0.297 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
0.572 |
1.144 |
0.572 |
|
|
|
|
1 |
1.012 |
0.276 |
|
|
|
|
0.565 |
1.13 |
0.565 |
|
|
|
|
1 |
1 |
0.26 |
|
|
|
|
0.56 |
1.12 |
0.56 |
|
|
|
|
1 |
0.992 |
0.249 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
0.558 |
1.116 |
0.558 |
|
|
|
|
1 |
0.987 |
0.244 |
|
3.3.5. РАСЧЁТ СХЕМЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПОСТОЯННОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ
Как видно из структурной схемы (приложение «А»), в преобразователе присутствуют три СВПС. По условиям задачи они одинаковые.
Принципиальная схема схемы восстановления постоянной составляющей представлена ниже, на рисунке 3.3.5.1, где ФИФ – формирователь импульсов фиксации.
Рисунок 3.3.5.1 – Принципиальная схема схемы восстановления постоянной составляющей
Перед началом расчётов необходимо выбрать транзисторы VT1 и VT2, исходя из следующих условий:
Граничная частота передачи должна быть минимум в три раза верхней частоты спектра сигнала: 3 fB=30.399 MHz.
Транзисторы не должный быть маломощными.
Желательно, чтобы оба транзисторы составляли комплиментарную пару.
Исходя из критериев выше, была выбрана комплиментарная пара транзисторов BC639-16–BC640-16 производства компании Luguang Electronic Technology CO. Их характеристики представлены в приложении «Е».
Сначала необходимо величину ёмкости Cp и величину сопротивления R1, R2 в цепи каждого из транзисторов. По условию задачи, величины сопротивлений R1 и R2 равны 100 кОм. Тогда величину ёмкости Cp можно найти из условия (3.3.5.1).
R1 Cp 15 T, |
(3.3.5.1) |
то есть величина ёмкости Cp равна: |
|
Cp 15 T =5.95 nF. |
(3.3.5.2) |
R1 |
|
Однако такого номинала ёмкости конденсатора нет в ряде номиналов ёмкостей конденсаторов Е24 (приложение «Г»), поэтому было выбрано ближайшее подходящее значение: Cp 6.2 nF.
Далее необходимо рассчитать величину ёмкости конденсатора Cф, которая
вычисляется исходя из условия (3.3.5.3). |
|
|
|
|
a-c-d ≥Cф≥ 1.2 T , |
(3.3.5.3) |
|
|
Rout1+Rk |
Rp |
|
где Rout1 – выходное сопротивление первого ОУ в схеме на рисунке 3.3.4.1; |
|||
Rk |
– величина сопротивления, зависящая от характеристик транзисторов; |
||
Rp |
– эквивалентное сопротивление, |
зависящее |
от ОУ и характеристик |
закрытых коллекторных переходов транзисторов.
Величину сопротивления Rk можно рассчитать по формуле (3.3.5.4) (для удобства использованы обозначения из приложения «Е»):
Rk |
Rk1_sat Rk2_sat |
, |
(3.3.5.4) |
|
Rk1_sat+Rk2_sat |
||||
|
|
|
где Rk1_sat, Rk2_sat – величины сопротивления коллекторного перехода в
режиме насыщения транзистора, которые рассчитываются по следующей формуле:
Rk_sat |
VCE_sat |
, |
(3.3.5.4) |
|
IC |
||||
|
|
|
где VCE_sat – модуль напряжения коллектор-эмиттер транзистора в режиме
насыщения;
IC – модуль коллекторного тока в транзистора режиме насыщения.
Исходя из характеристик, представленных в приложении «Г», соответствующие величины равны:
VCE_sat 0.5 V,
IC 500 mA.
Тогда величина сопротивления коллекторного перехода обоих транзисторов в режиме насыщения равна:
Rk_sat VCE_sat =1 Ω,
IC
а величина сопротивления Rk равна:
Rk Rk1_sat Rk2_sat =0.5 Ω.
Rk1_sat+Rk2_sat
Далее необходимо рассчитать величину сопротивления |
Rp. Она |
||||
вычисляется по следующей формуле: |
|
|
|
||
Rp Rout+Rinv+ |
Rin2 |
Rkc |
, |
(3.3.5.5) |
|
Rin2+Rkc |
|||||
|
|
|
|||
где Rin2 – это входное сопротивление второго ОУ (рисунок 3.4.5.1);
Rkc – общее сопротивление закрытых коллекторных переходов обоих транзисторов (рисунок 3.4.5.1).
Величина сопротивления |
Rin2 |
|
находиться из |
характеристик ОУ |
||
(приложение «Ж») и равна: Rin2 109 |
Ω. |
|
||||
Величина сопротивления Rkc |
рассчитывается по следующей формуле (для |
|||||
удобства сохранены обозначения из приложения «Е»): |
|
|||||
Rkc 0.5 |
VCB |
, |
(3.3.5.6) |
|||
ICBO |
||||||
|
|
|
|
|||
где VCB – модуль напряжения коллектор-база в режиме отсечки; ICBO – модуль обратного коллекторного тока в режиме отсечки.
Исходя из характеристик транзисторов (приложение «Е»), вышеописанные величины равны:
VCB 30 V,
ICBO 0.1 μA.
Тогда величина сопротивления Rkc равна:
Rkc 0.5 VCB =150 MΩ.
ICBO
Величина выходного сопротивления операционного усилителя активного фильтра Rout определяется исходя из характеристик ОУ (приложение «Ж») и
равна: Rout 0.1 Ω.
ОУ в схеме представляет собой то же самое, что и второй ОУ в пункте 3.3.2: инвертирующий повторитель сигнала. Поэтому величины сопротивлений резисторов Rinv и Roc рассчитываются аналогичным образом: Rinv 10 kΩ,
Roc 10 kΩ.
Тогда величина сопротивления Rp равна:
Rp Rout+ Rin2 Rkc +Rinv=130.44 MΩ.
Rin2+Rkc
Так как все величины из выражения (3.3.5.3) известны, можно рассчитать его левую и правую части:
a-c-d =7.49 μF,
Rout+Rk
1.2 T =0.365 pF,
Rp
то есть условие (3.3.5.3) примет вид:
7.49 μF≥Cф≥0.365 pF.
Так как диапазон допустимой величины ёмкости очень велик, выбирается значение ёмкости из ряда номиналов ёмкостей конденсаторов Е24 (приложение «Г») в около середине диапазона: величина ёмкости около значения 3.744 μF. Тогда величина ёмкости конденсатора Cф равна:
Cф 3.6 μF.
На этом расчёт номиналов элементов в схеме восстановления постоянной составляющей окончен. Итоговые номиналы всех элементов представлены ниже.
Rinv |
|
|
1.00 104 |
Ω |
|
|
||||
|
Roc |
|
|
|
1.00 104 |
Ω |
|
|
||
|
|
|
|
|
1.00 |
105 |
|
|
|
|
|
R1 |
= |
|
Ω |
. |
|||||
|
R2 |
|
1.00 |
105 |
Ω |
|
||||
|
|
|||||||||
|
Cp |
|
|
6.20 |
10-9 F |
|
|
|||
|
|
|
|
|
3.60 |
10-6 F |
|
|
||
|
Cф |
|
|
|
|
|||||
3.3.6. РАСЧЁТ АПЛИТУДНОГО СЕЛЕКТОРА
Как видно из структурной схемы (приложение «А»), в преобразователе присутствует один амплитудный селектор (АС).
Принципиальная схема АС представлена ниже, на рисунке 3.3.6.1.
Рисунок 3.3.6.1 – Принципиальная схема амплитудного селектора
Для АС необходимо выбрать диод Шоттки (VD1). Единственным критерием выбора является как можно меньшее напряжение открытия (прямое напряжение). Исходя из этих соображений был выбран диод Шоттки SM5819PL-TP производства Micro Commercial Components Corp. с
номинальным напряжением открытия ДUF 0.33 В. Его основные
характеристики представлены в приложении «Г».
Также для расчётов необходимо рассчитать статическое сопротивление диода RVD1 на номинальном напряжении открытия. Расчёт осуществляется по
следующей формуле:
RVD1 |
UF |
, |
(3.3.6.1) |
|
IF |
||||
|
|
|
где UF 0.33 V – номинальное напряжение открытия;
IF 0.1 A – номинальный ток при номинальном напряжении открытия. Тогда величина статического сопротивления RVD1 будет равна:
RVD1 UF =3.3 Ω.
IF