מסנן חריץ איכותי בטרנזיסטורים. תכנית, תיאור

אינציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל
ספרייה חינם / ערכות של מכשירים רדיו-אלקטרוניים וחשמליים

מסנן חריץ איכותי בטרנזיסטורים. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

ספריה טכנית בחינם

אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל / מחשבים

המאמר דן בפילטר חריץ צר פס פשוט ואיכותי על טרנזיסטורים, שפועל בצורה מושלמת בפס התדרים של עד 1 מגה-הרץ ובאופן משביע רצון למדי עד 10 מגה-הרץ. נוסחאות חישוב פשוטות נגזרות עבור סינתזת מסננים תוך שימוש בתדר הדחייה ורוחב הפס כערכים התחלתיים. לחישובים נעשה שימוש ב-CAD מתמטי מייפל עם חבילת ההרחבה MathSpice [2] ו-CAD אלקטרוני OrCAD [3].

משימות אנליטיות קשות לפתרון ידני. השימוש ב-MSpice הוא עוזר טוב כאן, ומשנה באופן דרמטי את מורכבות הבעיות הנפתרות. הוא מנגיש לחובבי רדיו את המשימות שנחשבו בעבר לאקדמיות. חבילת ההרחבה של מייפל בשם MathSpice (MSpice) [2] מיועדת לפתרון אנליטי של מעגלים אלקטרוניים ודיאגרמות פונקציונליות, אך יכולה לשמש ככלי ליצירת מודלים של ספייס של אותות והתקנים אלקטרוניים עבור סימולטורים שונים. אתה יכול ללמוד עוד על MSpice על ידי קריאת "MathSpice - מנוע אנליטי עבור OrCAD ו-MicroCAP", Magazine MODERN ELECTRONICS, STA-PRESS, מס' 5, מס' 6, מס' 7, מס' 9, מס' 10, מס'. 11, מס' 12 2009.

במכשירים מסוימים בהם אנו רגילים לראות מגברי אופ, בהחלט אפשרי להסתדר עם טרנזיסטורים. אין להכחיש את היתרונות של שימוש במגבר הפעלה להגברת אותות DC. אבל בזרם חילופין, היתרונות של מגבר הפעלה אינם רציניים כמו אלו של טרנזיסטור בודד. מגבר הפעלה עם תדר גבר אחד של יותר מ-10 מגה-הרץ הוא יקר, בעוד טרנזיסטור עם תדר גבר אחד של עד (100 ... 1000) מגה-הרץ עולה אגורה.

חישובים אנליטיים של מכשירי טרנזיסטור הם מעט יותר מסובכים בגלל המעגל המקביל המורכב יותר של טרנזיסטור אידיאלי בהשוואה למגבר הפעלה אידיאלי. עם זאת, נכון לעכשיו, בעיה זו מקל על הזמינות של חישובי מחשב [1], [2].

ברור שלטרנזיסטור יש מספר קטן בהרבה של אפסים וקטבים, ורווח גדול במיוחד לכל מוצר פס. לטרנזיסטורים מודרניים יש רווח DC גדול h21= 300..1000. במקרים רבים זה מספיק.

מסנני גשר כפולים בצורת קבל נגד נגד משמשים כמסנני חריץ צר פס (איור 1). היתרון העיקרי שלהם טמון באפשרות של דיכוי עמוק של רכיבי תדר בודדים.

בתחום התדר, הרבה מתחת לתדר רווח האחדות, ניתן להזניח את רוב הפרמטרים הטפילים של הטרנזיסטורים. לכן, המעגל המקביל לטרנזיסטור הפשוט ביותר המוצג באיור 2 שימש לחישובים. 1. הוא מבוסס על מקור זרם מבוקר מתח (IXNUMX). זה נוח להשתמש בו בעת חישוב מעגלים בשיטת הפוטנציאל הצמתים.

מסנן חריץ גבוה בטרנזיסטורים
אורז. 1. סכימה של מסנן חריץ צר פס בתדר של 6,5 מגה-הרץ

חבר את משוואות קירכהוף עבור מעגל המסנן ופתור אותו.

הפעל מחדש: with(MSpice): Devices:=[Same,[BJT,DC1,2]]:

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

מסנן חריץ גבוה בטרנזיסטורים

`טרנזיסטור DC1 דגם BJT`

`מערכת קירכהוף-לפלאס`

-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

פתרונות

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

>MSpice v8.43: pspicelib.narod.ru

>צמתים שניתנו: {VINP, V12V} מקורות: [Vin, VB1, Je]

>פתרונות 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]

מצא את פונקציית ההעברה של המסנן. כדי לפשט את הנוסחאות, אנו לוקחים בחשבון שהיחסים הבאים חייבים להתקיים עבור מסנן עם גשר וינה:

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

VB1:=0: # עבור דגמי PCB ליניאריים

H:=simplify(VOUT/Vin);

(לחץ להגדלה)

קשה לעבוד עם הנוסחה הזו! אז נניח ש = oo, C4=oo, R5=oo . כמובן, זה קצת גס להניח שלטרנזיסטור יש רווח אינסופי, אבל עבור מעגל עוקב פולט זה די מתאים. זה מאפשר לך לקבל נוסחאות פשוטות לחישובים ראשוניים. ניתן לקבל נוסחאות מדויקות באמצעות מייפל, אך הן יהיו מורכבות מאוד להערכת פרמטרי סינון (הנוסחאות יימשכו מספר עמודים). בעת ההגדרה, ניתן להתאים בקלות את פרמטרי המעגל (גורם איכות) על ידי בחירה בנגד R6. לאחר שעברנו לגבול, נקבל ביטוי פשוט יותר למקדם השידור של המפעיל (1), מתאים יותר לניתוח.

בטא:=x: C4:=x: R5:=x:

H:=collect(limit(H,x=infinity),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)`

כעת מצא את רווח תחום התדר, K=K(f), על ידי החלפת s=I*2*Pi*f .

כאן I הוא היחידה הדמיונית, f הוא התדר [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)`

הבה נמצא את תדירות הדחייה (3).

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

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

נוח להתאים את תדר החריץ על ידי בחירת הנגד R=R1=R2=2*R3.

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

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

חריץ ברמה של 3 dB

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

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

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

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

גורם האיכות מוגדר כ-Q=Fp/P, ומכאן

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

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

בוא נבטא את פונקציית ההעברה במונחים של הפרמטרים האופייניים של המסנן על ידי החלפת R7=4*Qp*R6-R6, C=1/(2*Pi*R*Fp).

מסתבר שנוסחה נוחה מאוד (7), המאפשרת להשיג את פונקציית העברת הדחה של Laplace הנדרשת, מבלי לדעת דבר על מכשיר הסינון. כאן Hp(s) הוא פונקציית העברת אופרטור החריץ, Fp הוא תדר הדחייה, Qp הוא גורם האיכות של החריץ.

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)

כעת הבה נמצא את המודולוס של פונקציית הדחה בתחום התדר (8).

abs(Kp(f)) = simplify(expand(AVM(Hp,f)),'symbolic'), ` (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)`

השגנו נוסחה נוחה מאוד (8) לסינתזה של פונקציית העברת הדוחה באמצעות הפרמטרים האופייניים של המסנן. ניתן להשתמש ב-Ue עבור אבות טיפוס דיגיטליים, בעת תכנות מסננים במיקרו-בקרים.

דוגמה לחישוב

הבה נדרוש מסנן המספק דחיית ספקטרום של אות אודיו משודר טלוויזיה עם תדר מרכזי Fp=6,5 מגה-הרץ ברצועה P=1MHz. בוא נבחר C=51 pF וברצף בעזרת נוסחאות (4) ו- (6), נחשב את הרכיבים הנותרים.

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

C:= .51e-10

ספרות:=5: Q:='Fp/P'=Fp/P; Q:=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

ידוע שתכונות ההגברה של טרנזיסטור תלויות בזרם הפולט.

במעגל עוקב הפולט, הערך של נגד הפולט הוא 1 kΩ, שיספק זרם הפעלה של הטרנזיטור של 6 mA במתח אספקה של 12V, שמספיק כדי לשמור על הגבר גבוה של הטרנזיסטור בתדרים גבוהים.

בוא נבחר R6+R7=1 kΩ, ואז R6=(R6+R7)/4/Q=1K/4/Q, ו-R7=1K-R6.

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

R6 = 38.462

R7 = 961.54

בואו נתווה את תגובת התדר של מודול רווח התדר של מסנן החריץ שלנו.

לשם כך, אנו משתמשים בביטוי (8) עבור מודול פונקציית ההעברה, ומחליפים בו את הערכים המחושבים של דירוגי הרכיבים. אותם ערכים, מעוגלים למספר השלם הקרוב ביותר, מצוינים בתרשים המסנן (איור 1).

ערכים(AC,PRN,[]);ספרות:=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:=simplify(expand(AVM(H,f))): print('abs(Kp(f))'=Kp); ספרות:=10:

HSF([H],f=1e6..10e6,"3) semi[abs(Kp(f))]$500 מסנן חריץ |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)

(לחץ להגדלה)

הורדה: מסנן BJT 6.5MHz

ספרות

פטרקוב או.מ. חישובים אנליטיים באלקטרוניקה. מגזין SCHEMOTEHNIKA №7, 2006
Petrakov O. M. סדרת המאמרים "MathSpice - מנוע אנליטי עבור OrCAD ו-MicroCAP", Journal MODERN ELECTRONICS, STA-PRESS, מס' 5, מס' 6, מס' 7, מס' 9, מס' 10 2009. .
Razevig VD Design מערכת OrCAD 9.2. סולון. מוסקבה 2001
Efimov I. P. עיצוב מסננים אלקטרוניים: הנחיות לעיצוב קורס לסטודנטים הלומדים בכיוון תשע"ה.
מושיץ ג', הורן פ' עיצוב מסננים פעילים: פר. מאנגלית. מיר, 1984.- 320 עמ', ill.
Volovich G. I. מכשירים אנלוגיים ודיגיטליים. 2005
pspicelib.narod.ru CAD אלקטרוני.
pspice.narod.ru אוטומציה של חישובים אנליטיים.

מחבר: אולג פטרהקוב, pspicelib@narod.ru; פרסום: cxem.net

ראה מאמרים אחרים סעיף מחשבים.

תקרא ותכתוב שימושי הערות על מאמר זה.

<< חזרה

חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה:

עור מלאכותי לחיקוי מגע 15.04.2024

בעולם טכנולוגי מודרני בו המרחק הופך להיות נפוץ יותר ויותר, חשוב לשמור על קשר ותחושת קרבה. ההתפתחויות האחרונות בעור מלאכותי על ידי מדענים גרמנים מאוניברסיטת Saarland מייצגים עידן חדש באינטראקציות וירטואליות. חוקרים גרמנים מאוניברסיטת Saarland פיתחו סרטים דקים במיוחד שיכולים להעביר את תחושת המגע למרחקים. טכנולוגיה חדשנית זו מספקת הזדמנויות חדשות לתקשורת וירטואלית, במיוחד עבור אלה שמוצאים את עצמם רחוקים מיקיריהם. הסרטים הדקים במיוחד שפיתחו החוקרים, בעובי של 50 מיקרומטר בלבד, ניתנים לשילוב בטקסטיל וללבוש כמו עור שני. סרטים אלה פועלים כחיישנים המזהים אותות מישוש מאמא או אבא, וכמפעילים המשדרים את התנועות הללו לתינוק. הורים הנוגעים בבד מפעילים חיישנים המגיבים ללחץ ומעוותים את הסרט הדק במיוחד. זֶה ... >>

פסולת חתולים של Petgugu Global 15.04.2024

טיפול בחיות מחמד יכול להיות לעתים קרובות אתגר, במיוחד כשמדובר בשמירה על ניקיון הבית שלך. הוצג פתרון מעניין חדש של הסטארטאפ Petgugu Global, שיקל על בעלי החתולים ויעזור להם לשמור על ביתם נקי ומסודר בצורה מושלמת. הסטארט-אפ Petgugu Global חשפה אסלת חתולים ייחודית שיכולה לשטוף צואה אוטומטית, ולשמור על הבית שלכם נקי ורענן. מכשיר חדשני זה מצויד בחיישנים חכמים שונים המנטרים את פעילות האסלה של חיית המחמד שלכם ופועלים לניקוי אוטומטי לאחר השימוש. המכשיר מתחבר למערכת הביוב ומבטיח פינוי פסולת יעיל ללא צורך בהתערבות של הבעלים. בנוסף, לאסלה קיבולת אחסון גדולה הניתנת לשטיפה, מה שהופך אותה לאידיאלית עבור משקי בית מרובי חתולים. קערת המלטה לחתולים של Petgugu מיועדת לשימוש עם המלטה מסיסת במים ומציעה מגוון זרמים נוספים ... >>

האטרקטיביות של גברים אכפתיים 14.04.2024

הסטריאוטיפ שנשים מעדיפות "בנים רעים" כבר מזמן נפוץ. עם זאת, מחקר עדכני שנערך על ידי מדענים בריטים מאוניברסיטת מונאש מציע נקודת מבט חדשה בנושא זה. הם בדקו כיצד נשים הגיבו לאחריות הרגשית של גברים ולנכונותם לעזור לאחרים. ממצאי המחקר עשויים לשנות את ההבנה שלנו לגבי מה הופך גברים לאטרקטיביים לנשים. מחקר שנערך על ידי מדענים מאוניברסיטת מונאש מוביל לממצאים חדשים לגבי האטרקטיביות של גברים לנשים. בניסוי הראו לנשים תצלומים של גברים עם סיפורים קצרים על התנהגותם במצבים שונים, כולל תגובתם למפגש עם חסר בית. חלק מהגברים התעלמו מההומלס, בעוד שאחרים עזרו לו, כמו לקנות לו אוכל. מחקר מצא שגברים שהפגינו אמפתיה וטוב לב היו מושכים יותר לנשים בהשוואה לגברים שהפגינו אמפתיה וטוב לב. ... >>

חדשות אקראיות מהארכיון

קולר Thermaltake ToughAir 510 15.03.2022

Thermaltake הציגה שינויים חדשים במקרר המגדל ToughAir 510: הפתרונות מתאימים גם למעבדי Intel Core מהדור ה-XNUMX (פלטפורמת Alder Lake).

גרסאות ה-ToughAir 510 Racing Green ו-ToughAir 510 טורקיז הופיעו לראשונה. הראשון עשוי בירוק, השני - בטורקיז. העיצוב כולל רדיאטור מאלומיניום שדרכו עוברים ארבעה צינורות חום בקוטר 6 מ"מ. הם נמצאים במגע ישיר עם מכסה המעבד, מה שמספק יעילות פיזור חום משופרת.

מאווררים בקוטר 120 מ"מ קבועים משני צידי הרדיאטור. מהירות הסיבוב שלהם נשלטת בשיטת אפנון רוחב הדופק (PWM) בטווח שבין 500 ל-2000 סל"ד. נוצרת זרימת אוויר של עד 99 מ"ק לשעה, והלחץ הסטטי מגיע ל-2,41 מ"מ של עמוד מים. רמת הרעש המרבית היא 23,6 dBA. חיי השירות הם לפחות 40 אלף שעות.

מידות הצידניות הן 123,6 על 98,8 על 159,5 מ"מ. הוכרז תואם למעבדי AMD Socket AM4/AM3+/AM3/AM2+/AM2/FM2/FM1 ושבבי Intel LGA 1700/1200/1156/1155/1151/1150. ה-TDP המרבי המותר הוא 180W.

עוד חדשות מעניינות:

▪ התרחק מהמנוע

▪ מכונת כביסה LG Tromm ThinQ F21VBV עם בינה מלאכותית

▪ גלולות למניעת HIV

▪ מיישרי גשר חד פאזיים 4GBUxxLS

▪ פוליטיקאים לדון ברובוטים רוצחים

עדכון חדשות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה

חומרים מעניינים של הספרייה הטכנית החופשית:

▪ חלק של האתר ספק כוח. מבחר מאמרים

▪ מאמר מאת ויקטור הוגו. פרשיות מפורסמות

▪ מאמר מתי התחילו והסתיימו ימי הביניים? תשובה מפורטת

▪ מאמר מטחנה רכה. סדנה ביתית