Спосіб задання коефіцієнта підсилення у багатокаскадному підсилювачі та пристрій для його здійснення

Реферат: Спосіб задання коефіцієнта підсилення напруги у багатокаскадному підсилювачі та пристрій для його здійснення належить до області електроніки, радіоелектроніки й стосується побудови електронних компонентів різноманітного призначення з використанням операційних підсилювачів (ОП) як активних елементів. В багатокаскадному підсилювачі, згідно з винаходом, послідовно визначають кількість каскадів з виразу m  lnKU , округляють їх кількість до цілочислового значення m  int m , встановлюють каскадні коефіцієнти підсилення напруги, рівні значенню KUi  2,718  e - основа натурального логарифма, та компенсують відхилення від загального коефіцієнта KU додатковим m  1 каскадним коефіцієнтом KUm1  1...e підсилення. Запропоноване рішення розширює теоретичні положення і практичні можливості при застосуванні в електроніці, у схемотехніці побудови електронних пристроїв та вузлів радіоелектронної апаратури, компонентів комп'ютерних систем на новому рівні за точністю. UA 107617 C2 (12) UA 107617 C2 UA 107617 C2 5 10 Спосіб задання коефіцієнта підсилення напруги у багатокаскадному підсилювачі належить до області електроніки, радіоелектроніки й стосуються побудови електронних компонентів різноманітного призначення з використанням операційних підсилювачів (ОП) як активних елементів. Відомі способи задання загального коефіцієнта підсилення напруги KU в активних схемах перетворення корисного сигналу для пристроїв електроніки, які передбачають взаємодію каналу прямої передачі (ПП) з суттєвим в ньому коефіцієнтом KПП підсилення та каналу зворотного зв'язку, що задає необхідну функцію та забезпечує методичну похибку  перетворення [Бобровников Л.З. Радиотехника и электроника: учеб. для вузов. - 4-е изд., М.: Недра, 1990. - 374 С. ISBN 5-247-01313-1, - С. 97-103]. Недоліком такого способу встановлення коефіцієнту підсилення напруги пристроїв є обмежене значення максимального підсилення. Через наявну  похибку перетворення не 3 рекомендується застосовувати підсилювання KU  10 в одному каскаді, навіть сучасними ОП з KПП  K ОП  10 6 . 15 20 25 30 35 Найбільш близьким за функціональною та технічною суттю рішення є спосіб задання коефіцієнта підсилення напруги в багатокаскадному підсилювачі, який полягає у тому, що загальний KU коефіцієнт підсилення напруги встановлюють добутком каскадних KUi коефіцієнтів за принципом конвеєра напруги. Для реалізації способу задання коефіцієнтів підсилення у багатокаскадному підсилювачі застосовують пристрій, який включає послідовно з'єднані каскади підсилення з каскадними коефіцієнтами KUi . [Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника. М: Высшая школа, 1991. - 622 С., глава 5, - С. 331-350]. Недоліки відомого способу та пристрою для його здійснення полягають у недостатній точності функціонування, суттєво обмеженій полосі частоти та неоптимальному фазовому зсуві. Це відбувається за відсутності контролю методичної похибки перетворення, неналежного обґрунтування вибору, як кількості m каскадів, так і співвідношення каскадного підсилення, що зумовлює вказані недоліки. Технічною задачею винаходу "Спосіб задання коефіцієнта підсилення напруги у багатокаскадному підсилювачі та пристрій для його здійснення" є підвищення точності встановлення коефіцієнту підсилення напруги, за рахунок визначення оптимальної кількості каскадів, співвідношення якості у підсилювачі, а саме максимальної полоси частоти підсилення, мінімальних фазового зсуву та похибок. Вказана технічна задача вирішується таким чином. В способі задання коефіцієнта підсилення напруги у багатокаскадному підсилювачі, який полягає у тому, що загальний коефіцієнт підсилення напруги KU встановлюють як добуток каскадних коефіцієнтів підсилення напруги KUi за принципом конвеєра напруги, згідно з винаходом, визначають кількість каскадів з виразу m  ln KU , результат округлюють до цілочислового значення m  int m , встановлюють каскадні коефіцієнти підсилення напруги, рівні значенню KUi  2,718  e - основа натурального логарифма, та компенсують отримане значення відхилення коефіцієнта підсилення напруги від встановленого загального коефіцієнта KU додатковим регульованим m  1 каскадним 40 45 50 коефіцієнтом підсилення напруги KUm1  1...e . В пристрої для здійснення способу задання коефіцієнта підсилення у багатокаскадному підсилювачі, який включає послідовно з'єднані каскади підсилення з каскадними коефіцієнтами напруги KUi , згідно з винаходом, додатково уведений каскад регульованого підсилення напруги, при цьому кількість каскадів становить m  int ln KU  , кожен з яких має фіксований коефіцієнт каскадного підсилення KUi  e , а додатковий m  1 каскад має регульований коефіцієнт підсилення напруги KUm1  1...e . На фіг. 1 наведена структурна схема реалізації способу задання коефіцієнта підсилення у багатокаскадному підсилювачі. На фіг. 2 показана схема пристрою із забезпечення реалізації способу задання коефіцієнта підсилення у багатокаскадному підсилювачі. 1 UA 107617 C2 На фіг. 3 наведено графічне обґрунтування переваг запропонованого технічного рішення стосовно прикладу виконання підсилювача з KU  100 та KU  1000 при застосуванні 5 6 операційного підсилювача з власним коефіцієнтом підсилення K ОП  10 . Спосіб задання коефіцієнтів підсилення напруги у багатокаскадному підсилювачі (фіг. 1) передбачає виконання операцій: - визначення оптимальної кількості каскадів з виразу m  ln KU ; - виділення цілого значення m  int m числа каскадів; - встановлення коефіцієнтів каскадного підсилення напруги KUi  2,718  e ; - компенсування відхилення від загального коефіцієнта Кu підсилення додатковим 10 15 підсиленням KUm1  1...e . Формування загального коефіцієнту підсилення напруги здійснюється добутком каскадних коефіцієнтів підсилення напруги, а саме: KU  m  KUi  KUm1  m  e  1...e . Реалізація способу задання коефіцієнта підсилення напруги у багатокаскадному підсилювачі можлива пристроєм за фіг. 2, який включає розраховану за даним способом та визначену для m-каскадного підсилювача 1 цілочислову кількість m каскадів, з'єднаних послідовно у конвеєр напруги: 1.1, 1.2, … 1.і, … 1.m. В кожній ланці 1.і конвеєра напруги встановлюється підсилення KUi  2,718  e . Схема 2 додаткового підсилення включена в конвеєр напруги на вихід каскаду 1.m, так, що функція підсилення становить KU  m1  K Ui  m  e  K Um1 i1 m1  K Ui , а сума i1 складає значення коефіцієнта K  m похибки при виконанні каскаду на операційному підсилювачі з 20 власним коефіцієнтом K ОП . Таке виконання надає унікальні властивості багатокаскадному підсилювачу. Функціонування запропонованого способу задання коефіцієнтів підсилення у багатокаскадному підсилювачі за фіг. 1 здійснюється наступним чином. Відомо, 25 що am  K  m  K U / K ОП K  m  K m-каскадної становить , - коефіцієнт похибки; - оптимальний коефіцієнт похибки при рівнопідсилювальному режимі; - K ОП - власний коефіцієнт підсилення ОП [Слипченко Н.И. Исследование точности процесса преобразования при многокаскадном усилении / Н.И. Слипченко, П.Д. Федотов, Д.А. Федотов, О.Я. Крук // Системи обробки інформації: Зб. наукових праць. Випуск 3(101). Том 1, Харків, 2012. - С. 50-55]. Подальші дослідження дозволяють встановити відносну похибку: opt  ƒ ЗР  K opt ƒ ЗР  K opt  K ОП  ƒ ЗР  m  m K U ƒ ЗР  m  m K U  K ОП та полосу частот підсилення обмежену частотою ƒ ЗР  0,7071 K ОП 0,2929  m  m K U  2,4142  , (1) ƒЗР зрізу АЧХ на рівні - 3 дБ: K ОП m  m KU . (2) Знаходження екстремуму функцій (1) та (2) визначає однозначно: m  lnKU . (3) В цьому випадку вираз (2) уточнюється та має вигляд: ƒЗР m  40 схеми - загальний коефіцієнт підсилення схеми;  відн. m, ƒ ЗР  35 am похибки Ui K  mopt  m  m K U KU абсолютної m i 1 де 30 модуль K K 2,4142 K ОП 2,4142    ОП  0,888  ОП e lnKU  2,718281828 lnKU  lnKU  . (4) 2 UA 107617 C2 За формулами (1) і (4) на фіг. 3 побудовані суміщені графіки частот зрізу та відносної K 5 10  106 похибки для KU  100;1000 , m  1...10 , ОП . (Для аналітично точної побудови, наочності при 9 одночасному зображенні різних величин масштабний коефіцієнт відносної похибки склав 5·10 ). Результати вказують (фіг. 3), що оптимальне багатокаскадне включення із застосуванням екоефіцієнта каскадного підсилення у порівнянні з однокаскадним ( m  1 ) підсилювачем в десятки разів розширює частотний діапазон, зменшує фазовий зсув, при цьому суттєво понижується відносна похибка, чим досягається поставлена задача винаходу. Запропоноване рішення розширює теоретичні положення і практичні можливості при застосуванні в електроніці, у схемотехніці побудови електронних пристроїв та вузлів радіоелектронної апаратури на новому рівні за точністю. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 1. Спосіб задання коефіцієнта підсилення напруги в багатокаскадному підсилювачі, який полягає у тому, що встановлюють загальний коефіцієнт підсилення напруги K U , рівний добутку каскадних коефіцієнтів підсилення напруги KUi , який відрізняється тим, що додатково визначають кількість каскадів підсилювача з виразу m  lnKU , округляючи результат до 20 цілочислового значення m  int m , встановлюють каскадні коефіцієнти підсилення напруги, рівні значенню KUi  2,718  e - основа натурального логарифма, та компенсують отримане значення відхилення коефіцієнта підсилення напруги від встановленого загального коефіцієнта підсилення напруги K U додатковим регульованим m  1 каскадним коефіцієнтом підсилення напруги KUm1  1...e . 2. Багатокаскадний підсилювач з встановленим загальним коефіцієнтом підсилення напруги K U , який містить послідовно з'єднані каскади підсилення з каскадними коефіцієнтами 25 підсилення напруги KUi , який відрізняється тим, що додатково уведений каскад регульованого підсилення напруги, при цьому кількість каскадів становить m  int lnKU  , кожен з яких має фіксований коефіцієнт каскадного підсилення напруги KUi  e - основа натурального логарифма, а додатковий m  1 каскад має регульований коефіцієнт підсилення напруги KUm1  1...e . 3 UA 107617 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4