Bachelor

учесть конечные входное и выходное полные сопротивления W1 и W2 операционного усилителя, в качестве нормирующего сопротивления взять

Например, для операционного усилителя типа А 741 с W11Мом и W2100Ом получаем, что Rв=10кОм.

При расчете фильтра важно убедиться, что отклонения емкостей и сопротивлений от их номинальных значений меньше, чем отклонения параметров усилителей.

Вычисление фактических значений элементов при Rв =10кОм fв =3,4кГц и Св =4,681Нф дает:

R1 =15,86кОм; R2 =47,57кОм; R3 =4,855кОм; R4= 30,00кОм;

R5 =10,00кОм; C1=3,080нФ, С2=2,515нФ.

Выбираем номиналы: R1=16кОм; R2=47кОм; R3=51кОм; R4=30кОм; R5=10кОм; C1=0,0033мкФ; C2=0,0022мкФ.

Чтобы не появились нелинейные искажения вследствие перегрузки, при использовании операционного усилителя типа А 741 с напряжением источника питания  15В (среднеквадратическое значение). Отношение сигнал-шум около 115 дБ. Ранее оговаривалось, что требуемое отношение сигнал-шум должно быть не менее 40 дБ, а так как с помощью этого фильтра можно реализовать отношение 115 дБ, то он удовлетворяет предъявляемым требованиям.

Аналогом операционного усилителя А 741, на котором реализуется ФНЧ, является микросхема К140УД7.

Операционный усилитель КР140УД7 имеет сложный входной усилитель, что позволяет повысить входное сопротивление до 100кОм. В состав ОУ входит схема стабилизатора. Схема имеет внутренний конденсатор коррекции Cк с номиналом 30пФ, поэтому АЧХ ОУ полностью скорректирована. Наклон АЧХ (-20 дБ/дек.) и постоянный фазовый сдвиг на высоких частотах, равный 900 , допускают использование ОУ в режиме повторителя без дополнительных элементов частотной коррекции. Для увеличения скорости нарастания выходного напряжения до 10 В/мкс к выводу 12 подключается конденсатор С1 емкостью 150 пФ. Схема балансировки ОУ состоит из одного внешнего переменного резистора, подключаемого к выводам 3 и 9.

Рисунок 5.2

В случае фильтра верхних частот выражение для передаточной функции имеет вид:

Нu(p) = U0(p)/U2(p) = C(p2 -2p + )/p2 .

Если выполняется условие С 3 /4 , то эта передаточная функция реализуется схемой, показанной на рисунке , и заданными расчетными соотношениями. При оптимальном коэффициенте усиления u= 1+r4/r3 =4/3 и

нормированные значения элементов можно найти по формулам

; r1=0,69;

; r2=0,836;

r3=3; r4=1;

; C1=0,62

C2=0,209

C3=2 ;

Фактические значения элементов имеют значения:

R1=6,9кОм; R2=8,36кОм; R3=-30кОм; R4=10кОм;

C1=2,82нФ; C2=0,948нФ; C3=0,948нФ.

Исходя из рассчитанных значений выбираем номиналы:

R1=6,8кОм; R2=8,2кОм; R3=30кОм; R4=10кОм;

С1=0,0033мкФ; C2=0,001мкФ; С3=0,015мкФ.

Рисунок 5.3 Схема ФВЧ второго порядка (n=2)

В качестве ОУ выбираем К140УД22, аналогом которого является А 747.Его схема приведена на рисунке 5.3.

Рисунок 5.4 Схема операционного усилителя КР140УД22

Таблица Параметры операционных усилителей

Тип микросхем Куuх103 Uсм,

мВ Ucм,

мкВ/0С Iвх,

нА Iвх,

нА f1,

МГц Uвых,

В/мкс Кос,

дБ Uвх,

В Uвых,

В Uпит,

В Iпот,

мА

КР140УД7 50 4 6 200 50 0,8 До 10 70 12 11,5 15 2,8

К140УД22 25 10 - 0,2 0,05 5 12 80 10 11,5 15 4

6.МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЛЬТРОВ.

В условиях производства получаемые номиналы емкостей имеют неизбежные отклонения от расчетных, что вызвано погрешностями измерительной аппаратуры и многими другими причинами. Затем, в процессе эксплуатации наблюдается дальнейший уход от фактических величин схемных элементов с течением времени («старение») и под влиянием изменения внешних условий: температуры, влажности, атмосферного давления. Производственные отклонения величин схемных элементов от номиналов и отчасти эксплуатационные изменения их имеют случайный характер. Поэтому решение задачи правильного определения производственных допусков на величины схемных элементов связано со статистикой. Методика решения этой задачи состоит в моделировании на ЭВМ достаточно большого числа схемных реализаций с элементами, величины которых отклоняются от номиналов в заданных пределах по случайному закону.

При использовании моделирования для исследования влияния разбросов элементов на амплитудно-частотную характеристику фильтров за один вариант принимается рассмотрение одной реализации схемы фильтра при заданных значениях величин элементов, допусков и интервалов исследуемых частот.

Непрерывное ужесточение технических требований, предъявляемых к электрическим фильтрам, вызывает увеличение объема необходимых при проектировании вычислений. Объем вычислительной работы особенно велик при использовании методов расчета по рабочим параметрам, а они и только они и применяются при проектировании активных RС- фильтров. Использование ЭВМ позволяет не только ускорить проведение расчетов, но и просчитать большое количество возможных вариантов и выбрать из них наилучший.

Можно определить границы изменения характеристик фильтров при вариациях величин схемных элементов от их номинальных значений за счет производственных допусков, влияния температуры и других окружающих условий, с течением времени и т.д. Становится реальной полная автоматизация проектирования фильтра – от задания технических требований до получения электрической схемы и данных о ее поведении в различных эксплуатационных условиях, влиянии разброса величин элементов в условиях серийного промышленного выпуска и т. д.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе выполнения работы было разработано устройство, которое позволяет защищать телефонную линию от прослушивания. Спроектированное устройство обеспечивает маскирование телефонного сигнала внеполосной шумовой помехой. Устройство соответствует требованиям надежности, экономичности.

В ходе проектирования были получены технические параметры устройства, а также наглядное представление отдельных компонентов устройства с помощью моделирования.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Знаменский А. Е. , Теплюк И. Н. Активные RC-фильтрв.-М.: Связь. 1970,280с.

2. Бобнев М. П. Генерирование случайных сигналов.-М: Энергия. 240с.

3. Р. Зааль.Справочник по расчету фильтров.-М: Радио и связь. 1983,75с.

4. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник/ С.В. Якубовский, Л. И. Ниссельсон, В. И. Кулешова и др.; под ред.С.В. Якубовского.-М.: Радио и связь. 1989, 486с.

5. У.Титус, К. Шенк. Полупроводниковая схемотехника.-М: Мир. 1982,512с.

6. В помощь радиолюбителю. Справочник.Вып.№ 109. Сост. И. Н. Алексеев.1989.

7. Конфидент.№4, 2001.