3. Электрический расчет инструментального усилителя с подавителем синфазной помехи во входной цепи

1. Расчет по постоянному току

1. Выбор типа оу

Выбор типа ОУ производится по следующим параметрам:

а) напряжение питания;

б) сила потребляемого тока

в) входное сопротивление;

г) смещение режима покоя относительно нуля и температурный дрейф;

д) коэффициент усиления (без обратной связи);

е) коэффициент ослабления синфазной составляющей (КОСС);

ж) допустимое сопротивление нагрузки;

з) стоимость.

Наиболее дешевыми являются самые массовые усилители общего применения.

Т. к. в проектируемом устройстве ОУ используется с глубокой отрицательной обратной связью (ООС), то коэффициент усиления, смещение режима покоя и температурный дрейф не имеют значения. Все ОУ общего применения имеют одинаковые значения минимального сопротивления нагрузки и диапазон напряжения питания. Поэтому, при выборе типа ОУ, сравним потребности проектируемого устройства с возможностями ОУ по параметрам:

а) сила потребляемого тока;

б) входное сопротивление

Потребляемый ток желательно минимизировать, т. к. питание производится от батареи. Выберем ОУ типа КР140УД8. Для принятия окончательного решения определим значение коэффициента передачи входной цепи:

Рассчитанное значение K_вхц превышает 0,7, усилитель можно считать подходящим.

Таблица 4 - Параметры ОУ КР140УД7.

Тип ОУ

Кус, тыс

Vсм, мВ

Vсм/T, мкВ/С

Iвх, нА

Iвх, нА

Eп, В

А, В

Iпотр, мА

Rвх, МОМ

Rвых, Ом

min Rн, кОм

КОСС, дБ

Тип вх каскада

Иностр аналог

ТУ

Кр140УД7

25…50

4..10

50..300

200..400

50.. 200

5..20

3.. 4,5

2,8..3,5

0,4

200

2

70

Б/п

MA741

бк0. 347. 004 -ТУ5

1. 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)	4	20..250	150	5	15	80	30	0,1
198НТ7 (p-n-p)	4	20..300	150	5	20	80	30	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.