Основные параметры резисторов

Экспандер

Компрессор

Компрессор – устройство, предназначенное для сжатия динамического диапазона сигнала. Динамический диапазон сигнала есть отношение его максимального по абсолютной величине значения к минимальному, выраженное в логарифмической мере:

. (3.6.1)

Под уровнем напряжения p понимается выраженное в децибелах отношение напряжения U к некоторому заданному напряжению U₀:

. (3.6.2)

Заданным напряжением U₀ является напряжение на заданном сопротивлении R₀ при условии, что на нем рассеивается мощность P =1 мВт.

На рис. 3.6.1 изображена идеализированная амплитудная характеристика устройства, где а – начальное усиление, Q - угол наклона.

В соответствии с обозначением на рис. 3.6.1 справедливы выражения:

(3.6.3)

где n=tgQ - показатель сжатия (расширения),

K=10^a/20 – начальное усиление.

При Q=45⁰ (n=1) реализуется линейное устройство, при Q < 45⁰ (n<1) реализуется компрессор, при Q > 45⁰ (n>1) – экспандер.

На Рис. 3.6.2 изображена характеристика компрессора в линейном масштабе, из рассмотрения которой следует, что коэффициент передачи компрессора уменьшается при увеличении абсолютной величины входного сигнала.

На Рис. 3.6.3 изображена линейно-ломаная аппроксимация характеристики компрессора.

На Рис. 3.6.4 изображена компьютерная модель схемы диодно-резистивного компрессора на ОУ, реализующая линейно-ломаную аппроксимацию характеристики компрессора. Схема содержит два комплекта резистивно-диодных цепей, обеспечивающих получение характеристики компрессирования при положительных и отрицательных значениях U_вх.

При относительно малых абсолютных значениях входного сигнала (U_вх) диодные ключи D1-D4 закрыты напряжением смещения, подаваемым через резисторы R_3-3-1, R_3-2-1, R_3-2-2, R_3-3-2, коэффициент передачи схемы К₁ определяется только резисторами R_2-1 и R₁:

. (3.6.4)

При увеличении абсолютного значения U_вх открываются ключи D2 (D3), параллельно резистору R_2-1 подключаются резисторы R_2-2-1 (R_2-2-2), коэффициент передачи (K₂) уменьшается.

При дальнейшем увеличении абсолютного значения U_вх открываются ключи D1 (D4) и подключаются резисторы R_2-3-1 (R_2-3-2), ещё более уменьшая коэффициент передачи (K₃).

К₁ > K₂ > K₃. (3.6.5)

Задание

На базе операционного усилителя (ОУ) реализована схема компрессора входных сигналов, передаточная характеристика которого для положительных значений U_вх аппроксимируется тремя отрезками прямых:

U_вых =

1,5 U_вх; 0 < U_вх < 2, 1,0 + U_вх; 2 < U_вх < 4, 2,33 + 0,67 U_вх; 4 < U_вх < 6.

Входное сопротивление компрессора R_вх = 20 кОм.

1). Рассчитайте величины сопротивлений резисторов в цепях отрицательной обратной связи (ООС) ОУ, считая, что ключи в цепях ООС идеальны.

2). Для каждой i-ой ветви рассчитайте:

- сопротивление диода

- ток диода

- напряжение на диоде

- сопротивление резистора смещения

3). В программе MC7 введите модель функциональной схемы компрессора (Рис.3.6.4), используя рассчитанные значения сопротивлений резисторов. Источник входного сигнала V4 находится в программе:

Component/Analog Primitives/Waveform Sources/V.

4). Войдите в режим анализа DC. Установите пределы для V4: Variable 1, Auto, Range 8,-8. Постройте передаточную характеристику компрессора U_вых (U_вх) (Рис. 3.6.5 - верхний график).

5). Коэффициент передачи на каждом отрезке линейно-ломаной аппроксимации характеристики компрессора равен тангенсу угла наклона характеристики, то есть равен производной от U_вых по U_вх. В точке перегиба характеристики должен быть скачёк значения производной.

Для точного измерения коэффициента передачи и фиксации точек перегиба на всех участках передаточной характеристики постройте характеристику зависимости производной от U_вых по U_вх. По оси X записывается v (In), по оси Y записывается del (v (Out))/ del (v (In)) (Рис.5 - нижний график).

6). Изменяя сопротивления соответствующих резисторов в модели функциональной схемы компрессора, добейтесь соответствия характеристики (Рис. 3.6.5 - нижний график) заданию. Выберите номиналы резисторов из стандартного ряда Е96 (±1%), введите в схему и постройте характеристики, соответствующие Рис. 3.6.5.

7). В модели (Рис. 3.6.4) замените источник входного сигнала V4 на генератор Sine Source (F =1k A =6).

8). В режиме анализа Transient (время анализа 2 m) постройте на одном графике временные характеристики U_вх (t) и U_вых (t).

9). В режиме анализа Transient \ DSP Parameters \ Limits для второго периода сигнала U_вых:

· Установите число точек (Number of Points) =11;

· Постройте спектральную характеристику;

· Измерьте коэффициент гармоник по второй … десятой гармоникам и общий К_г.

· Результаты анализа по данному пункту представьте в виде спектральных графиков и в табличном виде.

10). Оформите документы «Схема электрическая принципиальная» (Э3) и «Перечень элементов» (ПЭ3).

11). Разработайте печатную плату [5].

Экспандер – устройство, предназначенное для расширения динамического диапазона сигнала.

На рис. 3.7.1 изображена характеристика экспандера в линейном масштабе, из рассмотрения которой следует, что коэффициент передачи экспандера увеличивается при увеличении абсолютной величины входного сигнала.

На рис. 3.7.2 изображена линейно-ломаная аппроксимация характеристики экспандера.

На рис. 3.7.3 изображена модель схемы диодно-резистивного экспандера на ОУ, реализующая линейно-ломаную аппроксимацию характеристики экспандера. Схема содержит два комплекта резистивно-диодных цепей, обеспечивающих получение характеристики экспандирования при положительных и отрицательных значениях U_вх.

При относительно малых абсолютных значениях входного сигнала (U_вх) диодные ключи D1-D4 закрыты напряжением смещения, подаваемым через резисторы R_3-3-1, R_3-2-1, R_3-2-2, R_3-3-2, коэффициент передачи схемы определяется только резисторами R_2-1 и R_1-1 :

. (3.7.1)

При увеличении абсолютного значения U_вх открываются ключи D2 (D3), параллельно резистору R_1-1 подключаются резисторы R_1-2-1 (R_1-2-2), коэффициент передачи (K₂) увеличивается.

При дальнейшем увеличении абсолютного значения U_вх открываются ключи D1 (D4) и подключаются резисторы R_1-3-1 (R_1-3-2), ещё более увеличивая коэффициент передачи (K₃).

К₁ < K₂ < K₃. (3.7.2)

Задание

На базе ОУ реализована схема экспандера входных сигналов, передаточная характеристика которого для положительных значений U_вх аппроксимируется тремя отрезками прямых:

U_вых =

0,67 U_вх ; 0 < U_вх < 2, - 0,67 + U_вх ; 2 < U_вх < 4, 2,67 + 1,5 U_вх ; 4 < U_вх < 6.

Входное сопротивление компрессора R_вх > 5 кОм.

1). Рассчитайте величины сопротивлений резисторов в цепях отрицательной обратной связи (ООС) ОУ, считая, что ключи в цепях ООС идеальны.

2). Для каждой i-ой ветви рассчитайте:

- сопротивление диода

- ток диода

- напряжение на диоде

- сопротивление резистора смещения

3). В программе MC7 введите модель функциональной схемы экспандера (Рис. 3.7.3), используя рассчитанные значения сопротивлений резисторов. Источник входного сигнала V3 находится в программе:

Component/Analog Primitives/Waveform Sources/V.

4). Войдите в режим анализа DC. Установите пределы для V3: Variable 1 – Auto - Range 6,-6. Постройте передаточную характеристику экспандера U_вых (U_вх) (Рис.3.7.4 - верхний график).

5). Коэффициент передачи на каждом отрезке линейно-ломаной аппроксимации характеристики компрессора равен тангенсу угла наклона характеристики, то есть равен производной от U_вых по U_вх. В точке перегиба характеристики должен быть скачёк значения производной.

Для точного измерения коэффициента передачи и фиксации точек перегиба на всех участках передаточной характеристики постройте характеристику зависимости производной от U_вых по U_вх. По оси X записывается v (In), по оси Y записывается del (v (Out))/ del (v (In)) (Рис. 3.7.4 - нижний график).

6). Изменяя сопротивления соответствующих резисторов в модели функциональной схемы экспандера, добейтесь соответствия характеристики (Рис. 3.7.4 - нижний график) заданию. Выберите номиналы резисторов из стандартного ряда Е96 (±1%), введите их в схему и постройте характеристики, соответствующие (Рис. 3.7.4).

7). В модели (Рис. 3.7.3) замените источник входного сигнала V3 на генератор Sine Source (F =1k A =6).

8). В режиме анализа Transient (время анализа 2 m) постройте на одном графике временные характеристики U_вх (t) и U_вых (t).

9). В режиме анализа Transient \ DSP Parameters \ Limits для второго периода сигнала U_вых:

· Установите число точек (Number of Points) =11;

· Постройте спектральную характеристику;

· Измерьте коэффициент гармоник по второй … десятой гармоникам и общий К_г;

· Результаты анализа по данному пункту представьте в виде спектральных графиков и в табличном виде.

10). Оформите документы «Схема электрическая принципиальная» (Э3) и «Перечень элементов» (ПЭ3).

11). Разработайте печатную плату [5].

Литература

1. Кривошейкин А.В., Нурмухамедов Л.Х. Основы компьютерного проектирования и моделирования радиоэлектронных средств: Учебное пособие.- СПб.: СПбГУКиТ, 2006. -116 с.

2. Кривошейкин А.В., Нурмухамедов Л.Х. Основы компьютерного проектирования и моделирования радиоэлектронных средств: Методические указания по выполнению лабораторных работ.- СПб.: СПбГУКиТ, 2007. -47с.

3. Разевиг В.Д. Схемотехническое моделирование с помощью MicroCap 7. - М.: Горячая линия - Телеком, 2003. -368 с.

4. Кардашев Г.А. Виртуальная электроника. Компьютерное моделирование аналоговых устройств. - М.: Горячая линия - Телеком, 2002. -260 с.

5. Кривошейкин А.В., Нурмухамедов Л.Х. Проектирование печатных плат в системе Pcad: Учебное пособие.- СПб.: СПбГУКиТ, 2009. -120 с.

Приложение

Номинальное сопротивление резистора – нормированное значение сопротивления. Резисторы изготавливаются на разные номиналы, которые в соответствии с рекомендациями МЭК (Международная электротехническая комиссия) стандартизированы. Согласно ГОСТ 2825-67 установлено шесть рядов номиналов сопротивлений: Е6, Е12, Е24, Е48, Е96, Е192. Цифра указывает количество номинальных значений в данном ряду. Ряд допускаемых отклонений также нормализован. Допуск дают в соответствии с рядом ±0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 2,0; 5,0; 10; 20; 30%.

Принцип построения рядов номинальных значений для резисторов с заданным допуском показан в табл. П-1.

Табл. П-1

Индекс ряда	Числовые коэффициенты, умножаемые на любое число, кратное 10n, n=0, 1, 2, 3,...	Допуск, %
E6	1,0 1,5 2,2 3,3 4,7 6,8	± 20
E12	1,0 1,5 2,2 3,3 4,7 6,8 1,2 1,8 2,7 3,9 5,6 8,2	± 10
E24	1,0 1,5 2,2 3,3 4,7 6,8 1,1 1,6 2,4 3,6 5,1 7.5 1,2 1,8 2,7 3,9 5,6 8,2 1,3 2,0 3,0 4,3 6,2 9,1	± 5
E48	1,00 1,05 1,10 1,15 1,21 1,27 1,33 1,40 1,47 1,54 1,62 1,69 1,78 1,87 1,96 2,05 2,15 2,26 2,37 2,49 2,61 2,74 2,87 3,01 3,16 3,32 3,48 3,65 3,83 4,02 4,22 4,42 4,64 4,87 5,11 5,36 5,62 5,90 6.19 6.49 6,81 7,15 7,50 7,87 8,25 8,66 9,09 9,53	± 2
E96	1,00 1,02 1,05 1,07 1,10 1,13 1,15 1,18 1,21 1,24 1,27 1,30 1,33 1,37 1,40 1,43 1,47 1,50 1,54 1,58 1,62 1,65 1,69 1,74 1,78 1,82 1,87 1.91 1,96 2,00 2,05 2,10 2,15 2,21 2,26 2,32 2,37 2,43 2,49 2,55 2,61 2,67 2,74 2,80 2,87 2,94 3,01 3,09 3,16 3,24 3,32 3,40 3,48 3,57 3,65 3,74 3,83 3,92 4,02 4,12 4,22 4,32 4,42 4,53 4,64 4,75 4,87 4,99 5,11 5,23 5,36 5,49 5,62 5,76 5,90 6,04 6.19 6.34 6.49 6.65 6,81 6,98 7,15 7,32 7,50 7,68 7,87 8,06 8,25 8,45 8,66 8,87 9,09 9,31 9,53 9,76	± 1

Продолжение Табл. П-1

Индекс ряда	Числовые коэффициенты, умножаемые на любое число, кратное 10n, n=0, 1, 2, 3,...	Допуск, %
E192	1,00 1,01 1,02 1,04 1,05 1,06 1,07 1,09 1,10 1,11 1,13 1.14 1,15 1,17 1,18 1,20 1,21 1,23 1,24 1,26 1,27 1,29 1,30 1,32 1,33 1,35 1,37 1,38 1,40 1,42 1,43 1,45 1,47 1,49 1,50 1,52 1,54 1,56 1,58 1,60 1,62 1,64 1,65 1,67 1,69 1,72 1,74 1,76 1,78 1,80 1,82 1,84 1,87 1,89 1.91 1,93 1,96 1,98 2,00 2,03 2,05 2,08 2,10 2,13 2,15 2,18 2,21 2,23 2,26 2,29 2,32 2,34 2,37 2,40 2,43 2,46 2,49 2,52 2,55 2,58 2,61 2,64 2,67 2,71 2,74 2,77 2,80 2,84 2,87 2,91 2,94 2,98 3,01 3,05 3,09 3,12 3,16 3,20 3,24 3,28 3,32 3,36 3,40 3,44 3,48 3,52 3,57 3,61 3,65 3,70 3,74 3,79 3,83 3,88 3,92 3,97 4,02 4,07 4,12 4,17 4,22 4,27 4,32 4,37 4,42 4,48 4,53 4,59 4,64 4,70 4,75 4,81 4,87 4,93 4,99 5,05 5,11 5,17 5,23 5,30 5,36 5,42 5,49 5,56 5,62 5,69 5,76 5,83 5,90 5,97 6,04 6,12 6.19 6,26 6.34 6.42 6.49 6.57 6.65 6,73 6,81 6,90 6,98 7,06 7,15 7,23 7,32 7,41 7,50 7,59 7,68 7,77 7,87 7,95 8,06 8,16 8,25 8,35 8,45 8,56 8,66 8,76 8,87 8,98 9,09 9,20 9,31 9,42 9,53 9,65 9,76 9,88	± 0,5

В резисторах общего применения номиналы сопротивлений согласованы с допусками таким образом, что получается так называемая “безотходная” шкала. При этом номинал и данный допуск одного резистора и примыкают к номиналу и допуску соседнего. Поэтому изготовленный резистор обязательно попадает в одну из номинальных групп.

Номинальная мощность рассеивания (Р_ном) указывает допустимую электрическую нагрузку в течение длительного времени при заданной стабильности сопротивления. Номинальные мощности рассеяния (Вт) устанавливаются согласно ГОСТ 9663-61 и соответствуют ряду значений: для микроэлементов - 0,01; 0,025; 0,05; для РЭА на дискретных элементах – 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2; для проволочных резисторов – 5, 8, 10, 16, 25, 50, 75, 100, 160, 250, 500.

Мощность рассеивания определяется размерами резистора, конструкцией и свойствами резистивного элемента.

СОДЕРЖАНИЕ

		Стр.
	Список принятых сокращений................
	Общие указания.........................
1.1.	Задачи и порядок выполнения курсового проекта......
1.2.	Оформление курсового проекта...............
1.2.1.	Состав курсового проекта...................
1.2.2	Общие требования......................
2.	Проектирование линейных аналоговых устройств.....
2.1.	Входной каскад УЗЧ, работающий от магнитофона.....
2.2.	Активный полосовой фильтр.................
2.3	Активный фильтр НЧ.....................
2.4.	Выходной каскад УЗЧ.....................
2.5.	Резонансный усилитель....................
3.	Проектирование нелинейных аналоговых устройств....
3.1.	LC-генератор..........................
3.2.	RC-генератор..........................
3.3.	Высокочастотный генератор, управляемый напряжением..
3.4.	Низкочастотный генератор, управляемый напряжением..
3.5.	Кварцевый генератор (параллельный резонанс).......
3.6.	Компрессор...........................
3.7.	Экспандер............................
	Литература............................
	Приложение. Основные параметры резисторов......

Редактор О.А. Оськова

Подписано в печать ___.___.09 г. Формат 60х84 1/16.

Бумага офсетная. Объём _ п.л. Уч.-изд. л. _.

Тираж 100 экз. Заказ ___

Редакционно-издательский отдел СПбГУКиТ.

192102. Санкт-Петербург, ул. Бухарестская, 22.

Подразделение оперативной полиграфии СПбГУКиТ.

192102. Санкт-Петербург, ул. Бухарестская, 22.

Дата добавления: 2017-02-01