5. Расчет компенсированного делителя напряжения и усилителя

Задаемся R1=100 кОм, что и обеспечит необходимое входное сопротивление 100 кОм, и С3=5,1 пФ.

При делении 1:10 получаем:

. (5.1)

Для исключения искажения формы импульса аттенюатором постоянные времени RC цепей должны быть равны:

, (5.2)

Отсюда . (5.3)

Входная емкость С1 должна обеспечивать неискаженную передачу сигнала во всем частотном диапазоне. Так как сигнал может быть любой формы, то расчет значения емкости следует проводить для прямоугольного импульса, для которого искажения, вносимые емкостями связи, наиболее существенны и приводят к образованию скола импульса . Задавшись значением скола , найдем значение:

(5.4)

Микросхема DA1 должна иметь хорошие частотные свойства (для неискаженной передачи фронтов сигнала), малое напряжение смещения и слабую температурную зависимость, высокое входное сопротивление и коэффициент усиления. Исходя из этих соображений, выбран быстродействующий операционный усилитель К154УД4, параметры которого приведены в приложении. Задаемся коэффициентом усиления К=100. При этом минимальный входной сигнал 0,1мВ должен быть усилен до значения 10мВ для работы усилителя-фазоинвертора. Примем и по заданному коэффициенту усиления находим значение:

. (5.5)

Диоды для защиты входа ОУ от перегрузки должны быть импульсными, иметь малое значение емкости перехода и большой импульсный ток. Выбираем кремниевые диоды типа КД510А, параметры которых приведены в приложении. Для расчета токоограничивающего сопротивления R3 следует задаться значением максимального напряжения Uвх max, которое может быть подано на вход синхронизации. Пусть Uвх max = 220 В, тогда

. (5.6)

Выбираем номинал R3 = 150 Ом.

6. Усилитель-фазоинвертор

Для усилителя выбираем К154УД4. Задаем коэффициент усиления , при котором при минимальном входном сигнале на 10 мВ напряжение выхода будет 2 В.

По заданному коэффициенту усиления рассчитываем сопротивления цепи ООС R11, R15. С одной стороны, сопротивление резистора R15 следует выбирать по возможности малым, чтобы снизить статические ошибки усилителя. С другой стороны, цепь ООС не должна перегружать выход усилителя по току. При малых значениях R15 резистор R13, нагружающий выход повторителя, будет также низкоомным, что может привести к превышению допустимого выходного тока каскада на DA1. По паспортным данным ОУ минимальное значение нагрузки , поэтому выбираем и по заданному коэффициенту усиления находим значение:

. (5.7)

Выбираем номинал , что обеспечит напряжение на выходе 2 В. Чтобы коэффициенты усиления по обоим входам усилителя были равны, дополнительно к неинвертирующему входу DA2 следует подключить переменный резистор R12. Значение сопротивления R12 рассчитываем из равенства коэффициентов передачи по инвертирующему и неинвертирующему входам:

, (5.8)

В результате подстановки получили . Для более точной настройки равенства коэффициентов усиления по обоим входам следует выбирать резистор переменного сопротивления [2].

7. Триггер Шмитта

В качестве порогового устройства использован триггер Шмитта на ОУ, реализованный на микросхеме К154УД4. Напряжение питания . Пороговые уровни триггера меняются за счет переменного сопротивления R5.

Пусть R8 = R7 = 10 кОм, R9 = 510 кОм, R10 = 430 кОм.

Для расчета пороговых уровней срабатывания триггера при нулевом напряжении на втором входе рассчитаем коэффициенты передачи ПОС и ООС:

, (5.9)

. (5.10)

В таком случае пороговые уровни:

. (5.11)

При изменении напряжения на втором входе триггера пороговые уровни изменяются линейно в соответствии с формулой:

, (5.12)

При составляют -5,42 и -4,54 В.

Входной делитель формирует опорное напряжение таким образом, что максимальное напряжение на входе 2 равняется -5 В.

Используя стандартное напряжение питания -10 В, зададимся током делителя 1 мА. Тогда общее сопротивление делителя:

(5.13)

Возьмем R5 = 5,1 кОм и R6 = 5,1 кОм. В таком случае падение напряжения на резисторе R5 будет равно -5 В.

Расчет фронтов импульсов на выходе триггера для ОУ К154УД4:

, (5.14)

где V – скорость нарастания ОУ, – значение амплитуды на выходе триггера.