3Устройство синхронизации и запуска

3.1Входной аттенюатор

В качестве аттенюатора выберем компенсационный делитель с коэффициентом деления 1:10. Делитель используется только в режиме внешней синхронизации. Режим синхронизации и коэффициент деления определяются переключателем SA2. Ключ SA1 отключает входную емкость для обеспечения возможности учета постоянной составляющей сигнала.

Рисунок 5 – Схема входного делителя

Пусть R1 = 100 кОм, C3 = 50 пФ. Коэффициент деления рассчитывается по формуле:

, (3.1)

где R2 – сопротивление второго плеча делителя. Подбирая в соответствии с этой формулой сопротивление R2, получаем R2 = 11 кОм

По известному сопротивлению и C3 рассчитываем емкость второго плеча делителя из условия равенства постоянных времени и :

пФ (3.2)

Входные емкости делителя C1 и С2 выберем равными 1 мкФ. При этом нижняя граничная частота пропускания делителя будет вычисляться по формуле:

Гц (3.3)

Нижняя частота очень мала, а значит делитель не вносит сколько-нибудь заметных искажений на низких частотах.

3.2Входной каскад

Для обеспечения высокого входного сопротивления канала X необходимо добавить входной каскад, обеспечивающий согласование по сопротивлению. Выберем в качестве входного каскада повторитель со следящей связью на операционном усилителе (рисунок 4).

Рисунок 6 – Схема входного каскада

Выберем сопротивления R2 = R3 = 100 кОм и емкость C1 = 1 мкФ. В таком случае повторитель со следящей связью обеспечит достаточно большое входное сопротивление. Для защиты входа операционного усилителя от перегрузки ко входу каскада подключим ограничитель напряжения на диодах VD1 – VD4. Указанные диоды должны быть импульсными, иметь малую емкость перехода и достаточно большой допустимый импульсный ток. Выберем для этой цели диоды КД510А, имеющие максимальный допустимый прямой ток 200 мА, емкость не более 4 пФ, максимальный импульсный ток 1, 5 А, обратный ток менее 5 мкА, максимальное обратное напряжение 50 В, постоянное прямое напряжение 1.1 В. Рассчитаем токоограничивающее сопротивление R1. Пусть максимальное напряжение на входе U_{вх m} = 100 В. Тогда:

Ом, (3.4)

Выбираем номинальное значение R1 = 68 Ом.

3.3Усилитель-фазоинвертор

Схему, выполняющую одновременно функции усилителя и переключателя полярности можно выполнить на одном операционном усилителе. Однако при большом коэффициенте усиления для такой схемы требуется ОУ с очень высокой верхней частотой, кроме того, могут возникнуть проблемы со стабильностью усилителя. Поэтому был добавлен дополнительный каскад на ОУ с неинвертирующим входом. Схема представлена на рисунке 4. В качестве операционного усилителя для схемы синхронизации и запуска был выбран Harris HA17715, параметры которого приведены в приложении А.

Рисунок 7 – Усилитель с переключением полярности

Для первого каскада усилителя выберем коэффициент усиления K₁ = 100. При входном напряжении 1 мВ на выходе каскада получим 100 мВ. Пусть K₂ = 50. Амплитуда на выходе усилителя в 5 В уже достаточна для срабатывания триггера Шмитта. Рассчитаем номиналы элементов первого каскада. Минимальное сопротивление нагрузки для повторителя, рассчитанного выше равно 2 кОм. Поэтому выберем R1 = R3 = 2 кОм. Определим сопротивление в цепи ООС:

кОм (3.5)

Для обеспечения равенства коэффициентов усиления по обоим входам усилителя, подключен резистор R2. Найдем его из условия:

(3.6)

или (3.7)

Получим значение R2 = 20 Ом. Второй каскад является обычным усилителем с неинвертирующим входом. Для обеспечения коэффициента усиления K = 50 возьмем R5 = 5 кОм и R6 = 250 кОм.