5.4. Расчет активных фильтров I порядка

Чтобы обеспечить на промежуточной части коэффициент усиления, равный 50, установим на входе и выходе промежуточной части соответственно, активный фильтр низких частот (рис.8) и активный фильтр высоких частот I порядка (рис.9). В обоих фильтрах используется операционный усилитель КР140УД26. Для того, чтобы обеспечить на выходе измерительного усилителя сигнал с положительной полярностью, для ФНЧ используем неинвертирующую схему включения, а для ФВЧ – инвертирующую.

5.4.1. Активный фильтр низких частот I порядка

Передаточная функция фильтра:

, (18)

где – частота среза фильтра

(19)

Рис.8 Схема активного фильтра низких частот I порядка

Примем коэффициент усиления на данном фильтре , равным 5.

, (20)

По номинальному ряду сопротивлений Е192 подбираем сопротивления резисторов R11 и R12:

R11 = 100 Ом

R12 = 402 Ом

Найдем сопротивление резистора R13:

Ом

По номинальному ряду сопротивлений Е192 возьмем R13 = 80,6 Ом.

Найдем частоту среза фильтра:

, (21)

где – нижняя граничная частота, =330 Гц.

Зная частоту среза, найдем емкость конденсатора С1:

(22)

Ф = 6,023 мкФ

По номинальному ряду емкостей Е24 возьмем С1 = 6,2 мкФ.

Для балансировки микросхемы используется потенциометр номиналом R14 = 10 кОм ± 20%. Температурный коэффициент напряжения смещения не изменяется.

5.4.2. Активный фильтр высоких частот I порядка

Передаточная функция фильтра:

, (23)

Примем коэффициент усиления на данном фильтре , равным 10.

, (24)

По номинальному ряду сопротивлений Е192 подбираем сопротивления резисторов R19 и R20:

R19 = 10 Ом

R20 = 100 Ом

Рис.9. Схема активного фильтра высоких частот I порядка

Найдем частоту среза фильтра:

,

где – верхняя граничная частота, =15000 Гц.

Зная частоту среза, найдем емкость конденсатора С2:

(25)

Ф=1,061 мкФ

По номинальному ряду емкостей Е24 возьмем С2 = 1 мкФ.

Для балансировки микросхемы используется потенциометр номиналом R21 = 10 кОм ± 20%. Температурный коэффициент напряжения смещения не изменяется.

6. Электронный аналоговый ключ

Электронные ключи используются для коммутации электрических сигналов. В информационных маломощных устройствах их выполняют на полупроводниковых диодах, а также на биполярных и полевых транзисторах.

В зависимости от характера коммутируемого сигнала электронные ключи подразделяют на цифровые и аналоговые.

Аналоговые ключи обеспечивают подключение или отключение источников аналоговых информационных сигналов, имеющих произвольную форму напряжений. Причем характеристики измерительных устройств, в которых они используются, во многом зависят от качества передачи сигнала аналоговым ключом и помех в цепи, появляющихся при его коммутации.

При анализе работы ключей и их практическом использовании необходимо знать следующие параметры:

• Быстродействие, характеризуемое временем переключения ключа t_вкл

• Пороговое напряжение U_пор , в окрестностях которого сопротивление ключа резко меняется

• Чувствительность S_U, под которой обычно понимают минимальный

перепад сигнала, в результате действия которого происходит бесперебойное переключение ключа

• Помехоустойчивость, характеризуемую чувствительностью электронного ключа к воздействиям импульсов помехи S_Uпом.

• Падение напряжения на ключе в открытом состоянии и токи утечек – в закрытом

• Сопротивление ключа в открытом и закрытом состояниях.

Исходя из параметров разрабатываемого прибора, применим микросхему аналогового ключа КР590КН9. КР590КН9 – это двухканальный аналоговый ключ со схемой управления (двухполосное включение). Характеристики ключа КР590КН9 приведены в Приложении В.

Схема ключа представлена на рис.10.

Рис.10. Схема электронного аналогового ключа

На входы 4 и 5 подаются входные аналоговые сигналы, которые снимаются с входов 3 и 6 соответственно. На входы 9 и 16 подаются сигналы управления ключами (вход 9 – управление первым ключом, вход 16 – вторым). К выводам 15 и 13 подводится напряжение питания +15 и -15 В соответственно. Вывод 14 подключается к общему выводу схемы прибора.