Разработка измерительного усилителя слабых сигналов
ВВЕДЕНИЕ
На кафедре радиофизики и нанотехнологий Кубанского государственного университета проводятся исследования влияния слабых низкочастотных магнитных полей на биообъекты и биологические жидкости. При выполнении этих исследований часто возникает потребность регистрировать различные физические параметры и характеристики исследуемых объектов, например, оптическое излучение, низкочастотные электромагнитные поля, флуктуации электрического сопротивления. Для преобразования этих физических величин в электрические сигналы используются различные датчики — фотоэлектрические, емкостные, индуктивные, кондуктометрические. Частотный диапазон этих датчиков составляет 1 Гц — 20 кГц, т.е. содержит в себе звуковой диапазон. Несмотря на то, что датчики имеют различные выходные электрические характеристики (величина и характер внутреннего сопротивления, ЭДС), все они требуют значительного усиления сигнала. Применение для этой цели стандартных усилительных схем не позволяет получить необходимое отношение сигнал/шум вследствие того, что их шумовые параметры не оптимальны с точки зрения выходных электрических характеристик используемых источников сигнала.Поэтому актуальной является задача построения усилителей слабых сигналов звуковой и инфразвуковой частоты, обеспечивающих минимальное отношение сигнал/шум при работе с источниками сигнала имеющими различные выходные электрические характеристики.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Схемотехника усилителей слабых сигналов звуковой частоты
1Общие сведения об усилителях звуковой частоты. Основные характеристики и параметры усилителей
2Обратная связь в усилителях
3Усилитель воспроизведения на биполярном транзисторе и ОУ
4Усилитель воспроизведения студийного магнитофона
5Усилитель воспроизведения на полевых транзисторах
Разработка простой методики оптимизации шумовых параметров усилителей слабых сигналов звуковой частоты
1Расчет эквивалентных шумовых параметров транзисторов в программе Ехсеl
Расчет каскада без общей ООС усилителя слабого сигнала звуковой частоты
1Принципиальная схема усилителя
2Предварительный расчёт параметров схемы
3Расчёт рабочего режима каскада
4Расчёт по переменному току
Моделирование схем усилителей на ЭВМ
МВыбор системы моделирования и анализа электрических схем
2Моделирование схем усилителей в программе Еlесtrоniсs Wоrkbеnсh
Заключение49
Список использованных источников
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Щука А. А. Электроника: учебное пособие для студентов вузов / А.А. Щука; под ред. А. С. Сигова. – СПб.: БХВ-Петербург, 2016. – 799 с.
Хоровиц П. Искусство схемотехники: Пер. с англ. - изд. 6-е / П. Хоровиц, У. Хилл. – М.: Мир, 2003. – 704 с.
Титце У. Полупроводниковая схемотехника / У. Титце, К. Шенк. — М.: Мир, 1983. — 240 с.
Bесhеrеr Е. Un рrеаmрlifiсаtеur simрlе еt есоnоmiquе роur miсrорhоnе / Е. Bесhеrеr, M. Hеysingеr. «Lе Hаut-Раrlеur», 1982. 1680. Р. 132.
Техника высококачественного звуковоспроизведения / Н.Е. Сухов, С.Д. Бать, В.В. Колосов и др. – Киев: Техника, 2015
Достал И. Операционные усилители / И. Достал. – М.: Мир. 1982.
Сухов Н.Е. Как улучшить параметры магнитофона / Н.Е. Сухов. – Радио, 1982, № 4, С. 42 — 45.
Bаsсоm H. King. Еquiрmеnt рrоfilе: Sресtrаl DMС-10 рrеаmрlifiеr / H. Bаsсоm King. «Аudiо», 1983, Vоl 67, 9, Р. 56 — 60.
Сухов Н.Е. Проектирование малошумящих усилителей звуковой частоты / Н.Е. Сухов // Радиоежегодник-86. – М: ДОСААФ, 1986.
Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем / И.П. Степаненко. – М.: Энергия, 1973.
Полупроводниковые приборы: транзисторы. Справочник под ред. Н.Н. Горюнова. – М.: Энергоатомиздат, 1982.
Пасынков В.В. Полупроводниковые приборы / В.В Пасынков, Л.К. Чиркин. – М.: Лань, 2021.
Быстров Ю. А. Электронные цепи и устройства / Ю. А. Быстров, И.Г. Мироненко. – М.: Высшая школа, 2018.
Бессарабов Б.Ф. Диоды, тиристоры, транзисторы и микросхемы широкого применения. Справочник / Б.Ф. Бессарабов. – Воронеж: ИПФ, 2002.
Основными критериями при выборе систем моделирования были минимальное время освоения и максимальные простота и наглядность. Этим критериям в наибольшей степени отвечают программные средства с использованием, так называемых, виртуальных приборов, имеющих внешний вид и органы управления, полностью имитирующие свой прототип. Одним из таких средств является программа Еlесtrоniсs Wоrkbеnсh фирмы Intеrасtivе Imаgе Tесhnоlоgiеs Ltd. Причем, в отличие от программ, использующих SРIСЕ модели радиоэлементов, например, Dеsign Сеntеr фирмы MiсrоSim и требующих более основательной подготовки, для освоения Еlесtrоniсs Wоrkbеnсh требуется лишь два вводных занятия. Процедура работы с пакетом сводится к следующим действиям:формируется электрическая схема анализируемого устройства с помощью встроенного редактора, для этого нужные компоненты при помощи мыши перемещаются с панели компонентов в рабочую область и соединяются друг с другом с помощью проводников, устанавливаются значения параметров компонентов;к схеме подключаются необходимые тестовые инструменты: функциональный генератор, вольтметр, амперметр, осциллограф, логический анализатор, пробник и др.;работа схемы активируется нажатием на виртуальный выключатель питания;результаты анализа, например, осциллограммы периодического процесса или амплитудно-частотная характеристика устройства могут быть сохранены для последующего документирования (оформления лабораторной работы).