Расчет фильтра низких частот

2.2.2 Расчет фильтра низких частот

Полоса пропускания данного устройства по техническому заданию лежит от 0 Hz до 1 kHz. Неравномерность АЧХ в полосе пропускания должна быть минимальной. На граничной частоте ФНЧ должен иметь спад в –3 дБ. Коэффициент усиления по напряжению примем равным 1, для снижения погрешности преобразования. Расчет входных и выходных сопротивлений производим по формулам (2.5), (2.6).

 kΩ (2.5)

(2.6)

2.2.4 Расчет согласующего устройства.

Согласующее устройство служит для подавления синфазной составляющей, а так же для усиления сигнала до необходимой амплитуды.

Коэффициент ослабления синфазной составляющей рассчитывается по формуле (2.4).

Коэффициент усиления по напряжению примем равным

Сопротивление входа согласующего устройства рассчитывается по формуле (2.7)

(2.7)

3  Расчетная часть

3.1  Подбор элементов

При подборе элементов необходимо учитывать, чтобы их параметры не влияли на преобразованный сигнал. То есть они имели бы достаточно широкий частотный диапазон и амплитуды рабочих сигналов.

Выбор ОУ производится по величине выходного напряжения, т. е. оно должно согласовываться со шкалой АЦП.

Подбор ОУ ведется по следующим параметрам:

- максимальный выходной ток;

- максимальное выходное напряжение;

- максимальная скорость нарастания выходного напряжения;

- входное сопротивление;

- коэффициент ослабления синфазной составляющей;

- напряжение смещения;

- напряжение сдвига;

- ток смещения;

Во всей схеме лучше использовать один тип ОУ т. к. тогда необходим лишь один двуполярный источник питания.

Ко всем узлам схемы желательно выбирать ОУ с как можно большим входным сопротивлением и коэффициентом ослабления синфазной составляющей, c как можно меньшими входными токами и напряжениями смещения.

ОУ OPA131P имеет очень высокое входное сопротивление, напряжение выхода данного ОУ и скорость нарастания отвечают предъявляемым к схеме требованиям, поэтому его можно использовать в построении данной схемы.

Данные ОУ OPA131P

Напряжение выхода U_{вых max}= ± 18 V;

-  Коэффициент усиления без обратной связи К_U= 100000;

-  Коэффициент ослабления синфазной составляющей К_ОСС = 80 дБ;

-  Ток выхода I_{вых мах} = 1 mA;

_-  Скорость нарастания выходного напряжения V_Uвых = 10 ^V/_mks;

_-  Сопротивление входа

_-  Сопротивление выхода

_-  Напряжение питания U_пит = ± 18 V;

_-  Тепловой дрейф напряжения смещения

Критерием выбора полевого транзистора служит величина тока утечки, а так же напряжения затвор-сток, затвор-исток.

В качестве ключевого транзистора выбираем 2SJ68, т. к. он обладает высоким быстродействием, малым током утечки, малыми внутренними емкостями.

Данные полевого транзистора 2SJ68

-  Максимальная рабочая частота f_max=150 MHz;

-  Постоянный ток стока I_Cmax= 50 mA;

-  Ток утечки затвора I_З.утч = 10 nA;

-  Постоянное напряжение Затвор – Исток U_{ЗИ МАХ} =12 V;

-  Постоянное напряжение Затвор – Сток U_{ЗС МАХ} = 40 V;

-  Постоянное напряжение Сток – Исток U_{СИ МАХ} = 40 V.

В данной схеме необходимо использовать высокочастотные диоды, чтобы их рабочая частота превышала 1 kHz. Т. к. токи протекающие между ОУ очень малы то необходимо учитывать обратные токи диодов. Поэтому обратный ток должен быть как можно меньшим.

Диод выбирается по величине тока утечки и величине обратного напряжения.

В качестве диода выберем диод 1N3063.

Данные полупроводникового диода 1N3063:

-  Максимально допустимый прямой ток I_прVD=50 mA;

-  Максимально допустимый обратный ток I_обрVD= 0.1 mkA;

-  Максимально допустимое обратное напряжение U_обрVD=50 V;

-  Максимальная рабочая частота F_рабVD=20 MHz;

-  Постоянное прямое напряжение U_пр = 1 V.