Расчет делителей напряжения

5.1. Расчет делителей напряжения.

В телекамере широко применяются делители напряжения. При расчете делителей напряжения мы предполагаем, что все они будут идентичны и рассчитаны на выходное напряжение U_вых = 3 В при входном U_вх = 5 В.

Расчет производится по формуле делителя напряжения:

U_вых = U_вх (R2 / (R1 + R2))

В итоге получаем соотношение резисторов в делителе:

R1 = 4 кОм

R2 = 6 кОм

5.2. Расчет эмиттерного повторителя (ЭП).

В качестве согласующих элементов после линии задержек в микросхемах D13, D19 используются эмиттерные повторители.

Принципиальная схема эмиттерного повторителя приведена на рис. 5.25.

Принципиальная схема эмиттерного повторителя.

Рисунок 5.25.

Выбираем транзистор типа p-n-p: BC205VI.

E_пит = 5 В – напряжение источника питания;

U_кэ = 3 В – напряжение коллектор-база;

I_э = 3 мА – ток эмиттера.

Произведем расчет сопротивления в цепи эмиттера по формуле:

R_э = (Е_пит – U_кэ) / I_э Ом;

R_э = (5 – 3) / 3 ´ 10^-3 = 666,6 Ом » 667 Ом.

В рабочей точке ток базы I_б рассчитывается через коэффициент передачи по току h_21.

h₂₁ = 100.

h₂₁ = I_к / I_б » I_э / I_б.

В итоге получаем:

I_б = I_э / h₂₁ = 3 ´ 10^-3 / 100 = 30 ´ 10^-5 А = 30 мкА.

Выходное сопротивление ЭП рассчитывается по формуле:

R_вых = m I_б / I_э;

R_вых = 2 ´ 30 ´ 10^-6 / 3^-3 = 0,02 Ом.

Входное сопротивление эмиттерного повторителя рассчитывается по формуле:

R_вх = r_б + (1 + h₂₁) ´ R_э;

где r_б – сопротивление базы транзистора.

R_вх = 10 + 101 ´ 667 = 67377 Ом » 67,38 кОм.

5.3. Расчет фильтра нижних частот (ФНЧ).

В схеме применены фильтры нижних частот с полосой пропускания f = 13 МГц. Это удвоенная полоса обычного телевизионного сигнала.

Рассчитываем ФНЧ с максимально плоской характеристикой, нагруженный только на выходе. Граничная частота полосы пропускания рассчитывается по формуле:

w_с = 2 p f,

где f – полоса пропускания в герцах (Гц).

В нашем случае фильтр рассчитывается на двойную полосу пропускания, поскольку частота полей составляет 100 Гц.

w_с = 2 ´ 3,14 ´ 13 ´ 10⁶ = 81,64 ´ 10⁶ рад/с.

На частоте равной 1,5 w_с коэффициент передачи должен быть на 20 дБ меньше чем в полосе пропускания.

Поскольку нам неизвестно выходное сопротивление предыдущего каскада и нагрузка фильтра, примем:

R_i » 1 Ом – выходное сопротивление предыдущего каскада (выход микросхемы CXL1517).

R_н » 1000 Ом – сопротивление нагрузки ФНЧ.

Определяем порядок фильтра n:

1 / (1 + -w²ⁿ)  _{w = 1,5 wс} = 10^-2; n = 5,648.

Выберем ближайшее большее целое число: n = 6.

На входе фильтра включен источник напряжения, рассчитаем его внутреннее сопротивление по формуле:

R = R_i / R_н = 1/1000 » 0.

Поскольку на входе фильтра включен источник напряжения с r = 0 и n – четное, то используются табличные величины элементов для r = 0 и n = 6:

c₁ = 0,2588

l₂ = 0,7579

c₃ = 1,202

l₄ = 1,553

c₅ = 1,759

l₆ = 1,553

Данные табличные значения пронормированы к R_н = 1 Ом.

Для того чтобы получить сопротивление нагрузки равное 1000 Ом, необходимо все величины l умножить, а все величины c разделить на 1000. Чтобы граничную частоту привести к значению 81,64 ´ 10⁶ рад/с, все величины l и c следует разделить на это число.

Окончательно значения величин будут следующими:

C1 = 3,17 пФ

L2 = 9,28 мкГн

C3 = 14 пФ

L4 = 19 мкГн

C5 = 21,55 пФ

L6 = 19 мкГн

Схема рассчитанного фильтра приведена на рис. 5.26.

Схема ФНЧ.

Рисунок 5.26.

5.4. Расчет блока питания.

Расчет блока питания производится исходя из мощности, потребляемой схемой. На вход блока питания извне подается напряжение питания +12 В через разъем X2. В схеме разрабатываемой телекамеры используются три разных напряжения: +5 В, +15 В и –9 В. Эти напряжения вырабатывает блок питания. Соответственно, расчет потребляемой мощности производится по трем цепям питания.

1)   +5 В

По справочным данным на микросхемы, мы имеем данные об их потребляемой мощности:

CXA1390 – 600 мВт Þ 0,6 ´ 2 = 1,2 Вт

CXA1391 – 690 мВт Þ 0,69 ´ 2 = 1,38 Вт

CXA1592 – 500 мВт Þ 0,5 ´ 2 = 1 Вт

CXD1265 – 500 мВт Þ 0,5 Вт

CXD1159 – 250 мВт Þ 0,25 Вт

CXL1517 – 350 мВт Þ 0,35 ´ 2 = 0,7 Вт

На остальные элементы из справочных данных имеется информация о токах потребления I_потр, следовательно, по закону Ома можно рассчитать потребляемую ими мощность.

Р_потр = I_потр ´ U_пит

SN74AC04 – 40 мкА Þ 40 ´ 10^-6 ´ 5 ´ 2 = 0,0004 Вт

BC205B – 3 мА Þ 3 ´ 10^-3 ´ 5 ´ 6 = 0,09 Вт

SN74H257 – 80 мкА Þ 80 ´ 10^-6 ´ 5 ´ 3 = 0,0012 Вт

AD8041 – 50 мА Þ 50 ´ 10^-3 ´ 5 ´ 3 = 0,75 Вт

Светодиод BLINK-LEDS – 20 мА Þ 20 ´ 10^-3 ´ 5 = 0,1 Вт

Суммарная мощность по цепи питания +5 В составляет 6 Вт, тогда

I_{потр å} = 1,2 А,

что не превышает предельных значений тока для выходного стабилизатора блока питания по цепи +5 В, собранного на микросхеме D22 (1,5 А).

2)   Цепь –9 В и +15 В (рассматриваются вместе, поскольку микросхемы CXD1267 и ICX059 питаются обоими напряжениями):

CXD1267 – 60 мВт Þ 0,06 ´ 2 = 0,12 Вт

ICX059 – 300 мВт Þ 0,3 ´ 2 = 0,6 Вт

P_потр = (0,12 + 0,6) / 2 = 0,36 Вт

Следовательно, I_потр = 0,04 А.

3)   Цепь +15 В

CD4052 – 50 мкА Þ 50 ´ 10^-6 ´ 15 ´ 2 = 0,0015 Вт

3SK133 – 2 мА Þ 2 ´ 10^-3 ´ 15 ´ 2 = 0,06 Вт

P_потр = 0,0615 Вт

Следовательно, I_потр = 4,1 ´ 10^-3 А.

В итоге, можно сделать вывод, что суммарные токи потребления и, соответственно, мощности не превышают допустимых для стандартного блока питания, используемого в цветной видеокамере SONY, значит, можно его применить в качестве блока питания в нашей разработке.