2. Распределение заданных параметров проектируемого устройства по отдельным преобразователям выбранной функциональной схемы.

1. Распределение нелинейных искажений.

Общий коэффициент нелинейных искажений приблизительно равен сумме коэффициентов нелинейных искажений последовательно включенных усилительных преобразователей. В выбранном варианте ИУ содержатся два последовательно соединенных усилительных преобразователя (усилители №1 и 2, а также усилитель №3). Для них будет справедливо следующее соотношение:

=0,61%

Т.к. нелинейные искажения первой части ИУ (усилители №1, 2) будут усиливаться во второй части ИУ, то примем такое распределение нелинейных искажений:

;

2. Распределение коэффициентов усиления.

Общий коэффициент усиления:

С учетом нелинейности амплитудной характеристики усилителей и заданных нелинейных искажений, значения коэффициентов усиления отдельных частей ИУ следует определять по формулам:

Здесь: ЭДС источника двухполярного питания ОУ;

неиспользуемая часть напряжения питания;

амплитуда синфазной помехи.

Определим значения и. Допустим, используем ОУ общего применения. Для него типовое значениеВ. Тогда= 7,2 В.

Произведение существенно меньше требуемого значения. Последовательно уменьшая значениеи вычисляя значениеи, построим график зависимостиот. График представлен на рисунке 4. Проведем горизонтальную линию на уровне(см. рисунок 4). Из точки пересечения линиии кривой зависимостиотнайдем значение допустимой амплитуды синфазной помехи= 0.11158В.

Рисунок 4 - График для определения допустимого значения амплитуды синфазной помехи

Теперь подставим значение вместов формулы (1) и определить те значенияи, которые будем использовать в дальнейших расчетах.

3. Определение коэффициента ослабления синфазной помехи.

Определим коэффициент ослабления синфазной помехи:

Этот коэффициент показывает во сколько раз необходимо уменьшить синфазную помеху на входах ИУ, чтобы обеспечить требуемый уровень нелинейных искажений полезного сигнала.

1.3. Выбор принципиальной схемы инструментального усилителя и подавителя синфазной помехи.

В соответствии с функциональной схемой (рисунок 3) выбираем трехусилительную схему инструментального усилителя, ибо эта схема имеет вспомогательный выход синфазного напряжения. Электрическая схема проектируемого инструментального усилителя показана на рисунке 5. Здесь предусмотрено включение конденсаторов С1 и С2 в цепях отрицательной обратной связи (ООС) усилителей DA1 и DA2 для формирования верхнечастотного спада амплитудочастотной характеристики (АЧХ

Преобразователь

питания

Рисунок 5 - Предварительная электрическая схема инструментального усилителя с подавителем синфазной помехи во входной цепи

R5

R7

VT9

VT5

VT3

VT1

Ck

DA1

+U

-U

+U

-U

R9

C1

R14

R16

R12

DA3

R10

+U

-U

VT10

VT6

Еполезн

Eпомех

VT7

VT11

R13

DA2

Ck

R11

C2

R15

R17

C3

Rн

VT2

VT4

VT8

VT12

R2

R4

R6

R8

+Еп

-Eп

Еб

Еб

Нагрузка подключается через разделительный конденсатор С3 предназначенный для формирования низкочастотного спада АЧХ. Во входных цепях DA1 и DA2 учтены паразитные емкости соединительных кабелей С_каб. Источники тока (для компенсации помехи) выполняются на каскадах с общим эмиттером и отрицательной обратной связью типа Z. Эти источники тока реализуются на транзисторахVT1,VT2 (источник тока №1) иVT3,VT4 (источник тока №2). Усилитель №4, показанный на рисунке 3, реализуется на транзисторах VT10, VT11 и транзисторах источников тока. Для термостабилизации транзисторных преобразователей предусмотрена термокомпенсация с помощью токовых зеркал на транзисторах VT5…VT9 иVT12.

Работа проектируемого усилителя с подавителем синфазной помехи во входной цепи происходит следующим образом. Усилители DA1 и DA2 усиливают полезный сигнал враз, а сигнал синфазной помехи передают с единичным коэффициентом передачи. Сопротивления резисторовR12 иR13 выбираются равными друг другу. Поэтому напряжение на эмиттерахVT10,VT11 пропорционально напряжению синфазной помехи. ТранзисторыVT10,VT11 работают в схеме с общей базой и передают входной ток (пропорциональный напряжению синфазной помехи) без усиления на резисторы R7 и R8, где формируются усиленные напряжения, пропорциональные синфазной помехе. Напряжения с резисторов R7 и R8 управляют коллекторными токами транзисторов VT1…VT4. Удвоенные приращения коллекторных токов каждой пары VT1, VT2 и VT3, VT4 создают на сопротивлениях R_исткомпенсирующие падения напряжения, которые уменьшают амплитуду синфазной помехи на входах усилителей DA1 и DA2. Дифференциальный усилитель DA3 усиливает полезный сигнал с выходов DA1 и DA2 враз и ослабляет остаточную синфазную помеху. В результате таких преобразований на резисторе нагрузки R_нформируется усиленный в заданное число раз полезный сигнал, а синфазная помеха на выходе DA3 пренебрежимо мала.