Усилитель низкой частоты

[Rine]

Здравствуйте! НЕ могли бы Вы помочь понять почему данная схема усилителя имеет  коэффициент усиления 12 dB и  с частоту среза  18 кГц. Как правильно рассчитывать данный каскад. Питание ОУ однополярное 15В.

[Реклама]

Реклама: ООО ТД Промэлектроника, ИНН: 6659197470, Тел: 8 (800) 1000-321

[motoandrey14]

R29 C57 = 18кГц, вспоминаем школьный курс физики: 

Коэффициент усиления одного каскада равен, к примеру, R56\R44+1=3 раза. Второй ещё в 2 раза усиливает, и того кУ= 6 раз, что равно 12дБ.

Изменено 10 ноября, 2017 пользователем motoandrey14

[Реклама]

20% скидка на весь каталог электронных компонентов в ТМ Электроникс!

Акция "Лето ближе - цены ниже", успей сделать выгодные покупки!

Плюс весь апрель действует скидка 10% по промокоду APREL24 + 15% кэшбэк и бесплатная доставка!

Перейти на страницу акции

Реклама: ООО ТМ ЭЛЕКТРОНИКС, ИНН: 7806548420, info@tmelectronics.ru, +7(812)4094849

[next sound]

Только что, motoandrey14 сказал:

кУ= 6. 3дБ это 2 раза. 6дБ это 4 раза, 12дБ это в 6 раз больше

сам то понял?

[Реклама]

Выбираем схему BMS для заряда литий-железофосфатных (LiFePO4) аккумуляторов

Обязательным условием долгой и стабильной работы Li-FePO4-аккумуляторов, в том числе и производства EVE Energy, является применение специализированных BMS-микросхем. Литий-железофосфатные АКБ отличаются такими характеристиками, как высокая многократность циклов заряда-разряда, безопасность, возможность быстрой зарядки, устойчивость к буферному режиму работы и приемлемая стоимость. Но для этих АКБ очень важен контроль процесса заряда и разряда для избегания воздействия внешнего зарядного напряжения после достижения 100% заряда. Инженеры КОМПЭЛ подготовили список таких решений от разных производителей. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[avv_rem]

Шустрый какой!

Правая часть схемы – это звено Рауха. Стр. 91, формула 167 в прикрепленном учебнике. После подстановки номиналов получишь передаточную функцию.
Далее берешь какой ни будь учебник ТОАУ и смотришь в нем, как по передаточной функции строится ЛАЧХ.
Там же, в ТОАУ найдешь и передаточную функцию фильтра на входе. Только не запутайся с сопротивлениями. R31, R43, R46 принять как три соединенных параллельно и заменить одним резистором. К R29 добавить выходное сопротивление источника сигнала.

Это так, для общего развития.

Вручную сейчас уже не считают эти вещи. Используют симуляторы. В симуляторе можно либо полностью ввести схему, либо сразу ее передаточную функцию через блок LAPLACE, из библиотеки ABM. Второй вариант сильно сложнее для понимания, однако обсчитывается быстрее и точнее раз в десять. В обоих случаях используется AC – анализ.

Гутников В.С. Фильтрация измерительных сигналов 1990г.djvu

Изменено 10 ноября, 2017 пользователем avv_rem

[Реклама]

Сравнительное тестирование аккумуляторов EVE Energy и Samsung типоразмера 18650

Инженеры КОМПЭЛ провели сравнительное тестирование аккумуляторов EVE и Samsung популярного для бытовых и индустриальных применений типоразмера 18650. 

Для теста были выбраны аккумуляторы литий-никельмарганцевой системы: по два образца одного наименования каждого производителя – и протестированы на двух значениях тока разряда: 0,5 А и 2,5 А. Испытания проводились в нормальных условиях на электронной нагрузке EBD-USB от ZKEtech, а зарядка осуществлялась от лабораторного источника питания в режиме CC+CV в соответствии с рекомендациями в даташите на определенную модель. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[HAKAS]

1 час назад, next sound сказал:

сам то понял?

 

4 часа назад, Rine сказал:

НЕ могли бы Вы помочь понять почему данная схема усилителя имеет  коэффициент усиления 12 dB и  с частоту среза  18 кГц.

Это он по мощности взял. Да и то неправильно, 12дБ по мощности - 16.

По напряжению 12Дб - 4 раза.

По схеме правильно - В положительном плече первый каскад имеет КУ=3.13 ( для сигнала на неинвертирующем входе), но входной делитель режет сигнал на треть (0.68). Получается КУ=0.68*3.13=2.13 для источника (правый вывод R29).

В отрицательном плече КУ=2.13 (инвертирующий усилитель).

Второй каскад имеет КУ=2 в обоих плечах.

R29 забирает эти несчастные 0.13 у источника.

Итого общий КУ схемы равен 4. Что соответствует 12дБ по напряжению.

Частоту среза 18кГц определяет входной ФНЧ R29C57.

 

Только что, avv_rem сказал:

Вручную сейчас уже не считают эти вещи. Используют симуляторы.

Не надо так заморачиваться.

Плечи обозваны фигурально, если что...

[Реклама]

Литиевые аккумуляторы EVE Energy и решения для управления перезаряжаемыми источниками тока (материалы вебинара)

Опубликованы материалы вебинара Компэл, посвященного литиевым аккумуляторам EVE Energy и решениям для управления перезаряжаемыми источниками тока.

На вебинаре мы представили информацию не только по линейкам аккумуляторной продукции EVE, но и по решениям для управления ею, что поможет рассмотреть эти ХИТ в качестве дополнительной альтернативы для уже выпускающихся изделий. Также рассмотрели нюансы работы с производителем и сервисы, предоставляемые Компэл по данной продукции. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[avv_rem]

7 минут назад, HAKAS сказал:

Частоту среза 18кГц определяет входной ФНЧ R29C57.

Тогда уж хотя бы (R29||R31||R43||R46)C57.
И зачем, по-вашему, нужна вся правая часть?

[Реклама]

Литиевые батарейки и аккумуляторы от мирового лидера  EVE в Компэл

Компания Компэл, официальный дистрибьютор EVE Energy, бренда №1 по производству химических источников тока (ХИТ) в мире, предлагает продукцию EVE как со склада, так и под заказ. Компания EVE широко известна в странах Европы, Америки и Юго-Восточной Азии уже более 20 лет. Недавно EVE была объявлена поставщиком новых аккумуляторных элементов круглого формата для электрических моделей «нового класса» компании BMW.

Продукция EVE предназначена для самого широкого спектра применений – от бытового до промышленного. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[HAKAS]

Только что, avv_rem сказал:

И зачем, по-вашему, нужна вся правая часть?

Не знаю, для чего и что это за схема.

Но это не важно в данном случае, т.к. выше 18кГц в схему не попадёт, грубо говоря.

Вопрос ТС как звучал? А вы ему сразу - в симулятор! Он так то не понимает, а в симуляторе не так что-то сделает и получит результат непредсказуемый. Оно ему надо?

Постепенно надо.  Вот поймёт сейчас, а вы ему потом - смотрите, как это считается проще и с какими прогами...

В первом классе разве интегралы проходят?

[Rine]

HAKAS, спасибо Вам огромное! Все прояснилось. Это схема для резольвера, точнее это формирование сигнала возбуждения(10Кгц). Вход усилителя -ЦАП, выход-обмотка резольвера. Но кое-что немного неясно:

1)Каким образом R29 забирает КУ=0.13 у источника?

2)С49,R29,C57 это хитрый фильтр, или С49 это просто входная емкость, которая блокирует DC? Я имею ввиду по каким параметрам выбирать эту емкость, почему именно 10Мкф, и на выходе тоже стоят такие емкости...

3)Питание ОУ однополярное 15В.  Я обратил внимание вся подтяжка привязана не к GND, а к 6В. То есть выходной сигнал будет формироваться не относительно 0, а относительно 6В? Что-то вроде смещения это?

[avv_rem]

А схема правильно нарисована?
1. R43, R55 ослабляют сигнал. D7.1 его затем снова усиливает. Зачем?

2. R45, R57 куда подключены? Судя по схеме, они вообще параллельно соединены. Зачем два резистора тогда?

3. Какой именно ОУ применен? 18кГц – это довольно много. Не каждый ОУ способен на такой частоте нормально работать, да еще и с недостаточным питанием. Недостаточное быстродействие ОУ может существенно искажать АЧХ.

4. АЧХ будет существенно изогнутой. Нельзя говорить об усилении 12дБ без указания частоты. Считать эту схему довольно сложно. Тут три фильтра. Причем, первый имеет резонансный пик.

[avv_rem]

Пока такое объяснение.
1. Суммарное входное сопротивление усилителей D7.1 и D7.2 составит Rвх = (R43+R55)||R46 = 14,7k||4,7k = 3,56134k.

2. На некоторой частоте коэффициент передачи входного звена достигнет максимума и составит Rвх / (R29 + Rвх) = 3,56134k / (4,02k + 3,56134k) = 0,469751.
Симулятор показывает максимальный коэффициент передачи 0,469702 на частоте 273,842Гц. Полоса пропускаемых сигналов по уровню 0,707 составляет от 2,1Гц до 38,0кГц. Т.е. частоту среза 18кГц определяют ФНЧ на D10.1 и D10.2.

3. Далее идут усилители D7.1 и D7.2. Оба имеют коэффициент усиления 10 / 4,7 = 2,127659574. Причем, нижний усилитель инвертирует сигнал.

4. Общий коэффициент усиления на выходах D7.1 и D7.2 соответственно 0,469702 * 2,127659574 = +/- 0,999366. Т.е. эти усилители просто компенсируют потери в первом фильтре.

5. Далее идут звенья Рауха. Это ФНЧ. На постоянном токе коэффициент усиления составит R73 / R65 = R74 / R66 = 2k / 1k = 2.

6. На выходах D10.1 и D10.2. коэффициент усиления составит +/- 0,999366 * 2 = 1,998732.

7. Если нагрузку подключить между D10.1 и D10.2, то из-за разности знаков сигнал удвоится и составит 1,998732.* 2 = 3,997464. Иными словами, коэффициент усиления составит 20 * lg 3,997464 = 12,0357дБ.

[Rine]

3 часа назад, Rine сказал:

2)С49,R29,C57 это хитрый фильтр, или С49 это просто входная емкость, которая блокирует DC? Я имею ввиду по каким параметрам выбирать эту емкость, почему именно 10Мкф, и на выходе тоже стоят такие емкости...

3)Питание ОУ однополярное 15В.  Я обратил внимание вся подтяжка привязана не к GND, а к 6В. То есть выходной сигнал будет формироваться не относительно 0, а относительно 6В? Что-то вроде смещения это?

Спасибо,  avv_rem! А на симуляторе на каком Вы моделируете?

Питание Однополярное ОУ, а привязка идет везде к 6 Вольтам. То есть получается сигнал формируется относительно 6В(типа смещения что-то)?

И еще Вы бы не могли объяснить как правильно выбирать емкости типа С49, С80, с79...

[mvkarp]

О-о-о! Разошлись!
А студент то ведь, неуж не заметили?

 

[HAKAS]

3 часа назад, Rine сказал:

1)Каким образом R29 забирает КУ=0.13 у источника?

Это, так, в шутку про 0.13. Я же не в симуляторе считал.  На самом деле он забирает больше, т.к. входит в состав делителей R43, R55 и R46, R58. Для напряжения источника.
Но КУ схемы считается без него, похоже.

55 минут назад, avv_rem сказал:

3. Далее идут усилители D7.1 и D7.2. Оба имеют коэффициент усиления 10 / 4,7 = 2,127659574

Верхний неинверт. КУ=1+2.12. Для напряжения на входе МС.

3 часа назад, Rine сказал:

2)С49,R29,C57 это хитрый фильтр, или С49 это просто входная емкость, которая блокирует DC?

С49 - разделительный (блокирует DC, как С79, С80) + ФВЧ с Zвх. А R29, C57 - входной ФНЧ.

Схема,  грубо говоря - мостовой усилитель. Gen P и Gen N - позитивный и негативный сигнал. Если нагрузку подключить между плечами, то  конденсаторы С79 и С80 можно  убрать.
На выходах микросхем должен быть одинаковый потенциал.

Ёмкости С79, С80 зависят от  номинала нагрузки. С ней они образуют ФВЧ. Чем больше ёмкость, тем меньше частота пропускания.

[Rine]

HAKAS, спасибо огромное! А вот если рассматривать лишь цепь С49, R49 и С57, то это получается хитрый фильтр одновременно низкой и высокой частоты. Я так понимаю посчитать частоту среза фнч и фвч достаточно сложно, поэтому можно  выбирать С49 на предельно малое сопротивление рабочего сигнала (10мкф это 1.5ом на частоте 10кгц) и считать частоту срезу R49 и C57 без учета С49?  А так Вы написали - "С49 - разделительный (блокирует DC, как С79, С80) + ФВЧ с Zвх", но в Zвх присутствует емкость С57, ее же тоже надо учесть?

Изменено 11 ноября, 2017 пользователем Rine

[avv_rem]

9 часов назад, HAKAS сказал:

Верхний неинверт. КУ=1+2.12. Для напряжения на входе МС.

Тут нельзя рассматривать усилитель отдельно от «ослабителя». Их общий коэффициент усиления составит
Kус = R55 / (R43 + R55) * (R56 / R44 +1).
Но у нас R43 = R44 и R55 =R56. Поэтому
Kус = R55 / (R43 + R55) * (R55 / R43 +1).
Kус = R55 / (R43 + R55) * (R55 + R43) / R43 = R55 / R43.
Kус = R55 / R43.

Изменено 12 ноября, 2017 пользователем avv_rem

[HAKAS]

9 часов назад, Rine сказал:

Я так понимаю посчитать частоту среза фнч и фвч достаточно сложно,

Нет, если известны все номиналы. Fгр(-3дБ)=1/(2пиRC).

Вы же уже выяснили про ФНЧ на входе 18кГц - 1/(6.28*4020*0.0000000022)=18005Гц.

+ФНЧ 2шт. - R65, C68 и R66, C69. Частоту среза посчитаете сами?
На второй каскад усилителя идёт ещё ниже порезанный сигнал... Но у вас нужный 10кГц, так что всё норм.

ФВЧ - импеданс входной (для переменки) навскидку - (R43+R45IIR46+R58)+R29= в уме - R45IIR58=5k. R43IIR46=2.35k. Итого - 5к+2.35к+4.02к=11.37к.
Нижняя граничная частота по уровню -3дБ= 1/(6.28*11370*0.00001)=1.4Гц.

Может, чего не учёл, но общее направление дал.

10 часов назад, Rine сказал:

но в Zвх присутствует емкость С57, ее же тоже надо учесть?

По хорошему - да. Но это на частоте, вам не интересной. Так что не принимаем во внимание.

54 минуты назад, avv_rem сказал:

Нельзя рассматривать усилитель отдельно от «ослабителя»

Для понимания - надо. В своём первом посте я всё разжевал.

55 минут назад, avv_rem сказал:

Их общий коэффициент усиления составит

Вы опять сплеча сыпете расчётами?

56 минут назад, avv_rem сказал:

Kус = R55 / R43.

ТС увидит другую схему неинвертирующего усилителя и посчитает КУ по делителю на входе. Если он ещё будет, этот делитель.

 

[Rine]

Спасибо большое, ребята! Остался вроде один вопрос неясный для меня:

Питание ОУ однополярное 15В.  Я обратил внимание вся подтяжка привязана не к GND, а к 6В. То есть выходной сигнал будет формироваться не относительно 0, а относительно 6В? Что-то вроде смещения это?

[HAKAS]

3 минуты назад, Rine сказал:

Питание ОУ однополярное 15В.  Я обратил внимание вся подтяжка привязана не к GND, а к 6В.

Скорее всего 6В - это половина напряжения питания. В вашем случае - 7.5В. Искусственная средняя точка. Сделанная, возможно, посредством резисторов или резисторов и конденсаторов впараллель. У вас же сигнал переменный - у него положительный потенциал и отрицательный. Вот у вас на выходе 6В переменки максимум (приблизительно, зависит от возможностей ОУ).

[avv_rem]

1 час назад, HAKAS сказал:

Нижняя граничная частота по уровню -3дБ= 1/(6.28*11370*0.00001)=1.4Гц.

 

1 час назад, HAKAS сказал:

Вы же уже выяснили про ФНЧ на входе 18кГц - 1/(6.28*4020*0.0000000022)=18005Гц.

Снова оба раза мимо. Вспоминаем понятие виртуального нуля.

Для низкой частоты. Пренебрегаем C57, которого на низкой частоте как бы и нет совсем.
Rвх = (R43 + R55) || R46 + R29,
Rвх = (4,7 + 10) || 4,7 + 4,02,
Rвх = 14,7 || 4,7 + 4,02,
Rвх = 3,56134 + 4,02,
Rвх = 7,58134k = 7581,34ом.
Частота среза
Fср = 1 / (2 * PI * Rвх * C49) = 1 / (6,2831853 * 7581,34ом * 0,00001Ф) = 2,0993Гц.

Для высокой частоты. Пренебрегаем C49, который на высокой частоте как бы замкнут.
Rвх = (R43 + R55) || R46 || R29,
Rвх = (4,7 + 10) || 4,7 || 4,02,
Rвх = 14,7 || 4,7 || 4,02,
Rвх = 1 / (1/14,7 + 1/4,7 + 1/4,02),
Rвх = 1,888398k = 1888,398ом.
Частота среза
Fср = 1 / (2 * PI * Rвх * C57) = 1 / (6,2831853 * 1888,398ом * 2,2e-9Ф) = 38309,27Гц. = 38,3кГц.

Более точно в симуляторе

13 часа назад, avv_rem сказал:

Полоса пропускаемых сигналов по уровню 0,707 составляет от 2,1Гц до 38,0кГц. Т.е. частоту среза 18кГц определяют ФНЧ на D10.1 и D10.2.

Частоту среза 18кГц задают звенья Рауха на выходе.

Изменено 12 ноября, 2017 пользователем avv_rem

[HAKAS]

25 минут назад, avv_rem сказал:

Rвх = 7,58134k = 7581,34ом.
Частота среза
Fср = 1 / (2 * PI * Rвх * C49) = 1 / (6,2831853 * 7581,34ом * 0,00001Ф) = 2,0993Гц.

Хорошо. Нижний инверт, да. R58 не считаем.

40 минут назад, avv_rem сказал:

Для высокой частоты.
 || R29,

?

42 минуты назад, avv_rem сказал:

Вспоминаем понятие виртуального нуля.

Не помню.

42 минуты назад, avv_rem сказал:

Частоту среза 18кГц задают звенья Рауха на выходе.

Я не  настолько силён в математике.
И тоже только учусь...

Если вам не трудно - хотелось бы кашку уже поесть.
Без подколов, если что...

[Rine]

Цитата

  А скажите,  пожалуйста, правильно я понял суть общей картины...  Есть цап Он выдает сигнал переменный относительно 1.5В. Сам питается от 0-3В. После входной емкости сигнал становится переменный  +-1.5В.  Допустим КУ  4, тогда 1.5В на входе дадут на выходе 6В, и тк у ОУ искусственная земля 6В, то будет 12В. А если входной сигнал -1.5, то на выходе будет 0В... Питание ЦАП 0-3В, питание ОУ 0-15В, 6В - искусственный 0

 

[HAKAS]

1 час назад, Rine сказал:

Есть цап Он выдает сигнал переменный относительно 1.5В. Сам питается от 0-3В.

Относительно каких 1.5В?

Если вы имеете ввиду его половину питания, то да.

1 час назад, Rine сказал:

После входной емкости сигнал становится переменный  +-1.5В

У вас же уже переменный с ЦАПа выходит. Входная ёмкость отсекает постоянную составляющую сигнала. Если она есть.

1 час назад, Rine сказал:

Допустим КУ  4, тогда 1.5В на входе дадут на выходе 6В,

Да.

1 час назад, Rine сказал:

и тк у ОУ искусственная земля 6В, то будет 12В.

Нет. 12В - размах переменки. В счёт идёт только амплитуда.
У вас переменный сигнал - его амплитуда имеет как положительную, так  и отрицательную полярность. В вашем случае относительно 6В.

Соответственно -

1 час назад, Rine сказал:

А если входной сигнал -1.5, то на выходе будет 0В...

Не 0, а минус 6В.

Вот так, только напряжение будет ваше. Середина - ваши 6В.

На картинке максимум - это амплитуда сигнала. Ср.кв. - эффективное значение, которое показывает мультиметр, например.