Penapis takuk berkualiti tinggi pada transistor. Skim, penerangan

Perpustakaan teknikal percuma

ENSIKLOPEDIA ELEKTRONIK RADIO DAN KEJURUTERAAN ELEKTRIK
Perpustakaan percuma / Skim peranti radio-elektronik dan elektrik

Penapis takuk berkualiti tinggi pada transistor. Ensiklopedia elektronik radio dan kejuruteraan elektrik

Perpustakaan teknikal percuma

Ensiklopedia elektronik radio dan kejuruteraan elektrik / Komputer

Komen artikel

Artikel ini membincangkan penapis takuk jalur sempit berkualiti tinggi ringkas pada transistor, yang berfungsi dengan sempurna dalam jalur frekuensi sehingga 1 MHz dan cukup memuaskan sehingga 10 MHz. Formula pengiraan mudah diperoleh untuk sintesis penapis menggunakan kekerapan penolakan dan lebar jalur sebagai nilai awal. Maple CAD Matematik dengan pakej sambungan MathSpice [2] dan CAD OrCAD elektronik [3] telah digunakan untuk pengiraan.

Tugasan analitik sukar untuk diselesaikan secara manual. Penggunaan MSpice adalah pembantu yang baik di sini, secara mendadak mengubah kerumitan masalah yang diselesaikan. Ia menjadikan tugasan yang sebelum ini dianggap akademik boleh diakses oleh amatur radio. Pakej sambungan Maple yang dipanggil MathSpice (MSpice) [2] bertujuan untuk penyelesaian analitikal litar elektronik dan gambar rajah berfungsi, tetapi boleh digunakan sebagai alat untuk mencipta model Spice isyarat dan peranti elektronik untuk pelbagai simulator. Anda boleh mengetahui lebih lanjut mengenai MSpice dengan membaca "MathSpice - enjin analisis untuk OrCAD dan MicroCAP", Majalah MODERN ELECTRONICS, STA-PRESS, No. 5, No. 6, No. 7, No. 9, No. 10, No. 11, No. 12 2009.

Dalam sesetengah peranti di mana kita biasa melihat op-amp, agak mungkin untuk bertahan dengan transistor. Faedah menggunakan op-amp untuk menguatkan isyarat DC tidak dapat dinafikan. Tetapi pada arus ulang alik, kelebihan op-amp tidak seserius transistor tunggal. Op amp dengan frekuensi perolehan perpaduan lebih daripada 10 MHz adalah mahal, manakala transistor dengan frekuensi perolehan perpaduan sehingga (100 ... 1000) MHz berharga satu sen.

Pengiraan analitikal peranti transistor agak rumit disebabkan oleh litar setara yang lebih kompleks bagi transistor ideal berbanding dengan op-amp yang ideal. Walau bagaimanapun, pada masa ini, masalah ini dipermudahkan oleh ketersediaan pengiraan komputer [1], [2].

Jelas sekali, transistor mempunyai bilangan sifar dan kutub yang jauh lebih kecil, dan keuntungan yang sangat besar bagi setiap produk jalur. Transistor moden mempunyai keuntungan DC yang besar h21= 300..1000. Dalam banyak kes ini sudah memadai.

Penapis jambatan berbentuk T berkembar perintang-kapasitor digunakan sebagai penapis takuk jalur sempit (Rajah 1). Kelebihan utama mereka terletak pada kemungkinan penindasan mendalam komponen frekuensi individu.

Dalam domain frekuensi, jauh di bawah frekuensi perolehan perpaduan, kebanyakan parameter parasit transistor boleh diabaikan. Oleh itu, litar setara transistor termudah yang ditunjukkan dalam Rajah 2 telah digunakan untuk pengiraan. 1. Ia berdasarkan sumber arus terkawal voltan (IXNUMX). Ia adalah mudah untuk menggunakannya apabila mengira litar menggunakan kaedah potensi nod.

Penapis takuk Q tinggi pada transistor
nasi. 1. Skim penapis takuk jalur sempit pada frekuensi 6,5 MHz

Susun persamaan Kirchhoff untuk litar penapis dan selesaikannya.

mulakan semula: dengan(MSpice): Peranti:=[Sama,[BJT,DC1,2]]:

ESolve(Q,`BJT-PSpiceFiles/SCHEMATIC1/SCHEMATIC1.net`):

Penapis takuk Q tinggi pada transistor

`Transistor BJT model DC1`

`Sistem Kirchhoff-Laplace`

-V6/R7+(V4-V6)/`Rэб`-(V6-VOUT)/R6 = 0

(V4-V1)/R3+(V2-V1)*s*C2-(V1-`Vвх`)*s*C1 = 0

(`Vвх`-V3)/R1-(V3-V2)/R2-(V3-V4)*s*C3 = 0

(VOUT-V5)/`Rэб`-(V5-VB1)/R5-(V5-V2)*s*C4 = 0

(V5-V2)*s*C4+(V3-V2)/R2-(V2-V1)*s*C2 = 0

(V6-VOUT)/R6+(V5-VOUT)*beta/`Rэб`-(VOUT-V5)/`Rэб` = 0

-V4/R4+(V3-V4)*s*C3-(V4-V1)/R3+(V6-V4)*beta/`Rэб`-(V4-V6)/`Rэб` = 0

Penyelesaian

{V2, V5, V6, V1, V3, VOUT, V4}

>MSpice v8.43: pspicelib.narod.ru

>Nod diberikan: {VINP, V12V} Sumber: [Vin, VB1, Je]

>Penyelesaian V_NET: [V2, V5, V6, V1, V3, VOUT, V4]

>J_NET: [Je, JVin, JReb, JVB1, JR5, JC4, JR4, JR1, JC1, JR6, JR2, JR7, JR3, JC2, JC3, JFt, JJe, Jk, JT]

Cari fungsi pemindahan penapis. Untuk memudahkan formula, kami mengambil kira bahawa hubungan berikut mesti dipegang untuk penapis dengan jambatan Wien:

C1:=C: C2:=C: C3:=2*C: R1:=R: R2:=R: R3:=R/2:

VB1:=0: # untuk model PCB linear

H:=mudahkan(VOUT/Vin);

(klik untuk memperbesar)

Sukar untuk bekerja dengan formula ini! Kemudian andaikan itu = oo, C4=oo, R5=oo . Sudah tentu, adalah agak kasar untuk menganggap bahawa transistor mempunyai keuntungan yang tidak terhingga, tetapi untuk litar pengikut pemancar ia agak sesuai. Ini membolehkan anda mendapatkan formula mudah untuk pengiraan awal. Adalah mungkin untuk mendapatkan formula yang tepat menggunakan Maple, tetapi ia akan menjadi sangat kompleks untuk menganggar parameter penapis (formula akan mengambil beberapa halaman). Apabila menyediakan, parameter litar (faktor kualiti) boleh diselaraskan dengan mudah dengan memilih perintang R6. Setelah melepasi had, kami memperoleh ungkapan yang lebih mudah untuk pekali penghantaran operator (1), lebih sesuai untuk analisis.

beta:=x: C4:=x: R5:=x:

H:=collect(had(H,x=infiniti),s): 'H'=%, `(1)`;

H = ((C^2*R^2*R6+C^2*R^2*R7)*s^2+R6+R7)/((C^2*R^2*R6+C^2*R^2*R7)*s^2+4*s*C*R*R6+R6+R7), ` (1)`

Sekarang cari keuntungan domain kekerapan, K=K(f), dengan menggantikan s=I*2*Pi*f .

Di sini I ialah unit khayalan, f ialah frekuensi [Hz].

K:=simplify(subs(s=I*2*Pi*f,H)): 'K(f)'=%, `(2)`;

K(f) = (4*Pi^2*f^2*C^2*R^2*R6+4*Pi^2*f^2*C^2*R^2*R7-R6-R7)/(4*Pi^2*f^2*C^2*R^2*R6+4*Pi^2*f^2*C^2*R^2*R7-8*I*Pi*f*C*R*R6-R6-R7), ` (2)`

Mari kita cari kekerapan penolakan (3).

Fp=I*solve(diff(K,f)=0,f)[2]: print(%,` (3)`);

Fp = 1/(2*Pi*C*R), ` (3)`

Ia adalah mudah untuk melaraskan kekerapan takuk dengan memilih perintang R=R1=R2=2*R3.

R:=solve(%,R): print('R'=R,` (4)`);

R = 1/(2*Fp*Pi*C), `(4)`

Takik tahap 3 dB

F_3dB:=solve(evalc(abs(K))=subs(f=0,K)/sqrt(2),f):

P:=mudahkan(F_3dB[4]-F_3dB[2]):

print('P'=P,` (5)`);

`P` = -4*R6*Fp/(R6+R7), ` (5)`

Faktor kualiti ditakrifkan sebagai Q=Fp/P, oleh itu

Q:=Fp/P: 'Q'=Q,` (6)`;

Q = -1/4/R6*(R6+R7), ` (6)`

Mari nyatakan fungsi pemindahan dari segi parameter ciri penapis dengan menggantikan R7=4*Qp*R6-R6, C=1/(2*Pi*R*Fp).

Ternyata formula yang sangat mudah (7), yang memungkinkan untuk mendapatkan fungsi pemindahan penolakan Laplace yang diperlukan, tanpa mengetahui apa-apa tentang peranti penapis. Di sini Hp(s) ialah fungsi pemindahan pengendali takuk, Fp ialah kekerapan penolakan, Qp ialah faktor kualiti takuk.

Hp:=simplify(subs(R7=4*Qp*R6-R6,C=1/(2*Pi*R*Fp),H)): 'Hp(s)'=Hp;

Hp(s) = Qp*(s^2+4*Fp^2*Pi^2)/(Qp*s^2+2*s*Fp*Pi+4*Qp*Fp^2*Pi^2)

Sekarang mari kita cari modulus fungsi penolakan dalam domain frekuensi (8).

abs(Kp(f)) = permudahkan(kembangkan(AVM(Hp,f)), 'simbolik'), ` (8)`:

abs(Kp(f)) = Qp*(f^2-Fp^2)/collect(Qp^2*f^4-2*Qp^2*f^2*Fp^2+Qp^2*Fp^4+Fp^2*f^2,f)^(1/2), ` (8)`:

abs(Kp(f)) = Qp*(f^2-Fp^2)/(Qp^2*f^4+collect(-2*Qp^2*Fp^2+Fp^2,Fp)*f^2+Qp^2*Fp^4)^(1/2), ` (8)`;

Kp:=Qp*(f^2-Fp^2)/collect(Qp^2*f^4-2*Qp^2*f^2*Fp^2+Qp^2*Fp^4+Fp^2*f^2,f)^(1/2):

abs(Kp(f)) = Qp*(f^2-Fp^2)/(Qp^2*f^4+(-2*Qp^2+1)*Fp^2*f^2+Qp^2*Fp^4)^(1/2), ` (8)`

Kami telah memperoleh formula yang sangat mudah (8) untuk sintesis fungsi pemindahan penolakan melalui parameter ciri penapis. Ue boleh digunakan untuk prototaip digital, apabila pengaturcaraan menapis pada mikropengawal.

Contoh perhitungan

Marilah kita memerlukan penapis yang memberikan penolakan spektrum isyarat audio siaran televisyen dengan frekuensi tengah Fp=6,5 MHz dalam jalur P=1MHz. Mari kita pilih C=51 pF dan, secara berurutan menggunakan formula (4) dan (6), hitung komponen yang tinggal.

Fp:=6.5e6: R:=1e6: C := 51e-12;

C:= .51e-10

Digit:=5: Q:='Fp/P'=Fp/P; S:=Fp/P:

Q := Fp/`P` = 6.5000

R:='1/(2*Pi*Fp*C)'=evalf(1/(2*Pi*Fp*C)); R:=rhs(%):

R := 1/(2*Fp*Pi*C) = 480.14

Adalah diketahui bahawa sifat penguatan transistor bergantung pada arus pemancar.

Dalam litar pengikut pemancar, nilai perintang pemancar ialah 1 kΩ, yang akan memberikan arus operasi transitor 6 mA pada voltan bekalan 12V, yang mencukupi untuk mengekalkan keuntungan tinggi transistor pada frekuensi tinggi.

Mari pilih R6+R7=1 kΩ, kemudian R6=(R6+R7)/4/Q=1K/4/Q, dan R7=1K-R6.

R6:=1000.0/Q/4: print('R6'=R6); R7:=1000-R6: print('R7'=R7);

R6 = 38.462

R7 = 961.54

Mari kita lukiskan tindak balas frekuensi modul perolehan frekuensi penapis takuk kami.

Untuk melakukan ini, kami menggunakan ungkapan (8) untuk modul fungsi pemindahan, menggantikan nilai pengiraan penilaian komponen ke dalamnya. Nilai yang sama, dibundarkan kepada integer terdekat, ditunjukkan pada rajah penapis (Rajah 1).

Nilai(AC,PRN,[]);Digit:=5:

Qp:= '1/4/R6*(R6+R7)'=evalf(1/4/R6*(R6+R7)); Qp:=rhs(%):

П:='4*R6*Fp/(R7+R6)'=evalf(4*R6*Fp/(R7+R6))*Unit([Hz]); П:=evalf(4*R6*Fp/(R7+R6)):

Fp:= '1/(2*Pi*C*R)'=evalf(1/(2*Pi*C*R))*Unit([Hz]); Fp:=evalf(1/(2*Pi*C*R)):

K:=mudahkan(kembangkan(AVM(H,f))): print('abs(Kp(f))'=Kp); Digit:=10:

HSF([H],f=1e6..10e6,"3) separuh[abs(Kp(f))]$500 penapis takuk |Kp(f)| ");

Qp := 1/4/R6*(R6+R7) = 6.5789

`P` := 4*R6*Fp/(R6+R7) = .98800e6*Unit([Hz])

Fp := 1/(2*Pi*C*R) = .64996e7*Unit([Hz])

abs(Kp(f)) = 6.5789*(f^2-.42245e14)/(43.282*f^4-.36146e16*f^2+.77241e29)^(1/2)

(klik untuk memperbesar)

Muat turun: Penapis BJT 6.5MHz

Kesusasteraan

Petrakov O. M. . Pengiraan analitikal dalam elektronik. Majalah SCHEMOTEHNIKA №7, 2006
Petrakov O. M. Siri artikel "MathSpice - enjin analisis untuk OrCAD dan MicroCAP", Jurnal MODERN ELECTRONICS, STA-PRESS, No. 5, No. 6, No. 7, No. 9, No. 10 2009. .
Sistem Reka bentuk Razevig VD OrCAD 9.2. SOLON. Moscow 2001
Efimov I. P. Reka bentuk penapis elektronik: Garis panduan untuk reka bentuk kursus untuk pelajar yang belajar ke arah 5515.
Moshits G., Horn P. Reka bentuk penapis aktif: Per. dari bahasa Inggeris. Mir, 1984.- 320 p., sakit.
Volovich G. I. Peranti analog dan digital. 2005
pspicelib.narod.ru Elektronik CAD.
pspice.narod.ru Automasi pengiraan analitikal.

Pengarang: Oleg Petrakov, pspicelib@narod.ru; Penerbitan: cxem.net

Lihat artikel lain bahagian Komputer.

Baca dan tulis berguna komen pada artikel ini.

<< Belakang

Berita terkini sains dan teknologi, elektronik baharu:

Kebisingan lalu lintas melambatkan pertumbuhan anak ayam 06.05.2024

Bunyi yang mengelilingi kita di bandar moden semakin menusuk. Walau bagaimanapun, sedikit orang berfikir tentang bagaimana bunyi ini menjejaskan dunia haiwan, terutamanya makhluk halus seperti anak ayam yang belum menetas dari telur mereka. Penyelidikan baru-baru ini menjelaskan isu ini, menunjukkan akibat yang serius untuk pembangunan dan kelangsungan hidup mereka. Para saintis telah mendapati bahawa pendedahan anak ayam zebra diamondback kepada bunyi lalu lintas boleh menyebabkan gangguan serius kepada perkembangan mereka. Eksperimen telah menunjukkan bahawa pencemaran bunyi boleh melambatkan penetasan mereka dengan ketara, dan anak ayam yang muncul menghadapi beberapa masalah yang menggalakkan kesihatan. Para penyelidik juga mendapati bahawa kesan negatif pencemaran bunyi meluas ke dalam burung dewasa. Mengurangkan peluang pembiakan dan mengurangkan kesuburan menunjukkan kesan jangka panjang bunyi lalu lintas terhadap hidupan liar. Hasil kajian menyerlahkan keperluan ...>>

Pembesar suara wayarles Samsung Music Frame HW-LS60D 06.05.2024

Dalam dunia teknologi audio moden, pengeluar berusaha bukan sahaja untuk kualiti bunyi yang sempurna, tetapi juga untuk menggabungkan fungsi dengan estetika. Salah satu langkah inovatif terkini ke arah ini ialah sistem pembesar suara tanpa wayar Samsung Music Frame HW-LS60D yang baharu, dipersembahkan pada acara World of Samsung 2024. Samsung HW-LS60D bukan sekadar sistem pembesar suara, ia adalah seni bunyi gaya bingkai. Gabungan sistem 6 pembesar suara dengan sokongan Dolby Atmos dan reka bentuk bingkai foto yang bergaya menjadikan produk ini sebagai tambahan yang sempurna untuk mana-mana bahagian dalam. Samsung Music Frame baharu menampilkan teknologi canggih termasuk Audio Adaptif yang menyampaikan dialog yang jelas pada mana-mana tahap kelantangan, dan pengoptimuman bilik automatik untuk penghasilan semula audio yang kaya. Dengan sokongan untuk sambungan Spotify, Tidal Hi-Fi dan Bluetooth 5.2, serta penyepaduan pembantu pintar, pembesar suara ini bersedia untuk memuaskan hati anda. ...>>

Cara Baharu untuk Mengawal dan Memanipulasi Isyarat Optik 05.05.2024

Dunia sains dan teknologi moden berkembang pesat, dan setiap hari kaedah dan teknologi baharu muncul yang membuka prospek baharu untuk kita dalam pelbagai bidang. Satu inovasi sedemikian ialah pembangunan oleh saintis Jerman tentang cara baharu untuk mengawal isyarat optik, yang boleh membawa kepada kemajuan ketara dalam bidang fotonik. Penyelidikan baru-baru ini telah membolehkan saintis Jerman mencipta plat gelombang yang boleh disesuaikan di dalam pandu gelombang silika bersatu. Kaedah ini, berdasarkan penggunaan lapisan kristal cecair, membolehkan seseorang menukar polarisasi cahaya yang melalui pandu gelombang dengan berkesan. Kejayaan teknologi ini membuka prospek baharu untuk pembangunan peranti fotonik yang padat dan cekap yang mampu memproses jumlah data yang besar. Kawalan elektro-optik polarisasi yang disediakan oleh kaedah baharu boleh menyediakan asas untuk kelas baharu peranti fotonik bersepadu. Ini membuka peluang besar untuk ...>>

Berita rawak daripada Arkib

Pinset akustik 27.01.2016

Satu pasukan jurutera yang mewakili beberapa universiti Amerika membentangkan perkembangan mereka - pinset akustik, yang dengannya anda boleh menggerakkan sel tunggal tanpa menyentuhnya, disebabkan oleh tindakan gelombang bunyi.

Para saintis telah menggunakan gelombang bunyi untuk mencipta nod khas yang sel terperangkap dan diangkut ke lokasi lain dalam mana-mana tiga dimensi. Oleh kerana ketiadaan sentuhan sebenar, sel tidak rosak atau cacat. Simpulan dicipta dalam jurang antara dua penjana gelombang bunyi permukaan: apabila mereka bertemu, gelombang mencipta tekanan, yang bertindak sebagai perangkap untuk zarah. Dengan menyesarkan gelombang berdiri ini, seseorang boleh menggerakkan zarah dalam dua dimensi, dan menukar amplitud memberikan pergerakan dalam dimensi ketiga.

Ketepatan pergerakan dalam satah mendatar ialah 1 mikrometer, dan dalam satah menegak - 2 mikrometer. Para penyelidik menunjukkan pengangkutan zarah 10 mikrometer pada kelajuan purata 2,5 mikrometer sesaat.

Jurutera bukan sahaja mencipta alat itu sendiri, tetapi juga menunjukkan bagaimana pencetakan bio boleh dijalankan menggunakannya. Pencetak sedemikian memungkinkan untuk membentuk mikrostruktur 2-D dan 3-D yang tepat; dengan bantuan peranti sedemikian, mungkin, sebagai contoh, untuk membuat rangkaian saraf tiruan dengan mudah.

Berita menarik lain:

▪ Crossover elektrik DS Aero Sport Lounge

▪ Anggota prostetik mikropemproses

▪ Memori DDR4

▪ Modul komputer Variscite Var-SOM-Solo

▪ Fon Kepala Wayarles Satelit Biru

Suapan berita sains dan teknologi, elektronik baharu

Bahan-bahan menarik Perpustakaan Teknikal Percuma:

▪ bahagian tapak Penguat frekuensi rendah. Pemilihan artikel

▪ artikel Sejarah Ekonomi. Nota kuliah

▪ artikel Mengapa orang London percaya bahawa dosa kerakusan adalah punca Kebakaran Besar 1666? Jawapan terperinci

▪ pasal sawan epilepsi. Penjagaan kesihatan