Устройство сфигмометрии

2.3.2. Эмиттерный повторитель

     Эмиттерный  повторитель (рис.2.5) на выходе генератора служит для устранения влияния нагрузки на автогенератор. Повторитель собран на транзисторе КТ315Б, имющем такие  характеритики:

• статический коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером h₂₁=50¸350;
• предельное постоянное напряжение коллектор–эмиттер U_кэmax=25В;
• граничная частота f_гр=250МГц.

     Примем  сопротивление в цепи эмиттера R₁₃=1кОм, тип резистора     МЛТ-0.25. Строим нагрузочную характеристику (рис.2.6): на оси U_кэ откладываем напряжение питания Е_п=12В, а на оси I_к— ток  А=12мА, и соединяем эти точки прямой. Выберем рабочую точку так, чтобы усилитель работал в режиме А. При этом в рабочей точке ток базы I_б=0.1мА, напряжение база–эмиттер U_бэ=0.45В, ток коллектора I_к=9мА, напряжение коллектор–эмиттер U_кэ=3.5В.

     Определим сопротивление резистора, стоящего в цепи базы транзистора: Ом. Возьмем ближайший номинал 110кОм, тип резистора МЛТ-0.125.

Рис. 2.5. Эмиттерный повторитель. 

Рис. 2.6. Входная  и выходная статические характеристики

транзистора КТ315Б. 

2.3.3. Система ФАПЧ  в режиме следящего  фильтра

     Система ФАПЧ  в режиме следящего фильтра предназначена для фильтрации сигнала от шумовых помех. В нашем случае используется система ФАПЧ с полосой удержания 30Гц, равной верхней граничной частоте спектра сфигмограммы. 

Рис. 4.7. Система ФАПЧ в режиме следящего  фильтра. 

     Система ФАПЧ (рис.2.7) реализована на микросхеме DA₂, тип К1005ХА8Б, специально предназначенная для реализации системы ФАПЧ. Микросхема имеет следующие характеристики:

• напряжение питания 10¸20В (однополярное) или ±5¸10В (двухполярное);
• диапазон рабочих частот перемножителя ³50МГц;
• коэффициент преобразования ПС 2В/рад
• переменное амплитудное входное напряжение на выводах 5, 7 <0.7В;
• сопротивление нагрузки на выходе ОУ ³100кОм;
• сопротивление нагрузки на выходе ГУН ³10кОм;
• выходное амплитудное напряжение ГУН ³0.9В.

     Параметры навесных элементов, кроме элементов  ФНЧ, берем со справочника [25]: С₆=С₁₄=С₁₅=С₁₆=0.1мкФ, тип КМ-6а-H90-25в; R₁₄=R₁₅=R₂₀=R₂₅=1кОм, тип МЛТ-0.125; R₂₉=10кОм, тип МЛТ-0.125; R₃₂=R₃₃=5.1кОм, тип МЛТ-0.25. Рассчитаем параметры элементов пропорционально-интегрирующего ФНЧ. Сопротивления резисторов R₂₃ и R₂₄, включенных параллельно в фильтре, рекомендуется брать величиной несколько десятков Ом. Возьмем их сопротивления R*=51Ом, тип МЛТ-0.25. Сопротивление резисторов R внутри микросхемы, стоящих последовательно в фильтрах, определим следующим образом. При навесных элементах С=1000пФ и R=51Ом полоса пропускания ФНЧ равняется 50кГц. Частота среза фильтра равняется . Отсюда

Ом»3.1кОм .

     Находим величину емкости для пропорционально-интегрирующего фильтра системы ФАПЧ с R=3.1кОм, R*=51Ом,  f_ФНЧ=30Гц:

Ф=1.68мкФ .

Берем ближайший номинал конденсаторов  С₁₂=С₁₃=1.8мкФ, тип К73-17-63В. Подстроечный конденсатор С₁₁ берем с емкостью 8¸30мкФ, тип КТ4-23-200В. При настройке аппарата изменяем эту емкость так, чтобы на выходе ГУН получить колебания с частотой 10МГц. 

2.3.4. Двухрежимная система  ФАПЧ в режиме  следящего фильтра

     Для фильтрации сигнала с верхней  частотой 0.5Гц применяем вторую систему  ФАПЧ с полосой удержания также 0.5Гц. Эту систему ФАПЧ, как и первую, реализуем на микросхеме DA₆, тип К1005ХА8Б (рис. 2.8).

     Возьмем рекомендуемые значения номиналов  резисторов и конденсаторов [25]: С₇=С₂₉=С₃₀=С₃₃=0.1мкФ, тип КМ-6а-H90-25в; R₃₉=R₄₀=R₄₆=R₅₁=1кОм, тип МЛТ-0.125; R₅₂=10кОм, тип МЛТ-0.125; R₅₃=R₅₄=5.1кОм, тип МЛТ-0.25

     Как и для первой системы ФАПЧ, рассчитаем параметры ФНЧ, который определяет полосу удержания. Частота его среза  равняется 0.5Гц. Номиналы резисторов R₄₉ и R₅₀ также возьмем R*=51Ом, тип МЛТ-0.25.

     Тогда при сопротивлении резисторов R=3.1кОм, включенных последовательно в ФНЧ внутри микросхемы, емкости конденсаторов С₁₈ и С₁₉ будут равны:

      Ф=100мкФ,тип  К73-17-25В.

     Так как полоса удержания маленькая, то маленькая и полоса захвата, из-за чего в системе ФАПЧ режим синхронизма может не наступить. Для расширения полосы захвата без увеличения полосы удержания применяем двухрежимную систему ФАПЧ, принцип работы которой описан в пункте 2.2. С выхода фазового детектора (выводы 3 и 4 DA₆) снимается парафазный сигнал для управления частотой ГУН. Чтобы подсоединиться к этой цепи управления, из парафазного сигнала делаем однофазный. Для этой цели используем дифференциальный усилитель с коэффициентом передачи 1, собранный на микросхеме DA₁ КР198НТ1А, которая представляет собой пять транзисторов, два из которых соединены между собой эмиттерами. Навесными элементами на нем являются R₂, R₄¸R₆, R₈. Зададимся сопротивлениями в эмиттерах транзисторов ГСТ R₄=R₆=200Ом. Сопротивление резистора R₂ равно:

      Ом=120кОм, тип  МЛТ-0.25.

     Так как дифференциальный усилитель  выступает в качестве повторителя  напряжения, то сопротивления резисторов R₅ и R₈ должны быть такими же, как и сопротивление R₆, а именно 200Ом, тип МЛТ-0.25.

     Определим параметры ФВЧ (С₉, R₁₇), подключаемого параллельно ФНЧ. Частота среза ФВЧ должна равняться частоте среза ФНЧ, т.е. 0.5Гц. Зададимся сопротивлением резистора R₁₇=100кОм, тип МЛТ-0.125. Тогда емкость конденсатора

Ф=3.3мкФ, тип К73-17-63В.

     Индикатор синхронизма состоит из ФВЧ (С₈, R₁₃), детектора (VD₁, R₁₆, C₁₁), инвертирующего усилителя, встроенного в микросхему DA₆, с навесными элементами R₃₇, R₃₈ и R₄₁, инвертирующего усилителя (DA_3.2, R₁₂, R₁₉) и ключа на полевом транзисторе VT₃ c резистором R₂₁.

     Определим полосу захвата для системы ФАПЧ:

     

 ,

где DF_уд— полоса удержания системы ФАПЧ, t_ф— полоса пропускания ФНЧ.

     Так как характеристика фазового детектора  синусоидальная, то надо в скобках  брать 0.52.

     Полоса  удержания при синусоидальной характеристике ФД равняется DF_уд=2К_ФАПЧ , где К_ФАПЧ =S_УЭS_ФДК_фК_у— коэффициент усиления системы ФАПЧ. Здесь S_УЭ и S_ФД—крутизна характеристики управляющего элемента и фазового детектора соответственно; К_ф— коэффициент передачи ФНЧ; К_у— коэффициент усиления каскада усиления в цепи обратной связи. На нулевой частоте S_ФД=2В/рад, =1.

     Крутизна  управляющего элемента S_УЭ=250кГц/В. зададимся коэффициентом усиления К_у =3. Тогда

;

Гц=3МГЦ ;

Гц.

     Чатота  среза ФВЧ в индикаторе синхронизма  должна быть равна полосе захвата  системы ФАПЧ. Зададимся емкостью конденсатора С₈=0.01мкФ, тип КМ-6б-25В. Тогда сопротивление резистора R₁₃ будет равно: Ом.

Возьмем ближайший номинал R₁₃=13кОм, тип МЛТ-0.125.

     Детектор  собран на универсальном диоде  VD₁ КД521А, резисторе R₁₆=10кОм, тип МЛТ-0.125 и конденсаторе C₁₁, тип КМ-6а-Н90-25В.

     После детектора выпрямленное напряжение усиливается в инвертирующих  усилителях на микросхемах DA₆ (К1005ХА8Б) и DA_3.2 (КР1040УД1). Их коэффициенты усиления равны по 5.1. На входе усилителей ставим сопротивления R₁₂=R₃₇=10кОм (R_выхОУ<<R₁₂,R₃₇<< R_вхОУ), тип МЛТ-0.125. Тогда сопротивления резисторов, стоящих в цепи обратной связи усилителей, равны: кОм, тип МЛТ-0.125. Сопротивление резистора R₄₁, стоящего в цепи между неинвертирующим входом ОУ и корпусом, должно быть таким, как и сопротивление резистора на инвертирующем входе, т.е. 10кОм, тип МЛТ-0.125.

     Инвертирующий сумматор напряжений, поступающих с ФВЧ и с ФНЧ, выполнен на микросхеме DA_3.1 (операционный усилитель КР1040УД1). Коэффициент передачи сумматора равен 1, поэтому сопротивления резисторов R₈, R₁₂ на его входе и R₁₆ в цепи обратной связи выберем одинаковыми по 10кОм, тип МЛТ-0.125.

     ГУН управляется (выводы 23 и 24 DA₆) парафазным напряжением. Чтобы из однофазного напряжения сделать парафазное, ставим дифференциальный усилитель с коэффициентом передачи 1, собранный на микросхеме DA₄, тип КР198НТ1, с навесными резисторами R₂₂, R₂₆¸ R₂₈, R₃₀, R₃₁, R₃₅. Зададимся сопротивлениями в эмиттерах транзисторов ГСТ R₂₇=R₃₀=200Ом. Сопротивление резистора R₂₆ равно:

      Ом=120кОм, тип  МЛТ-0.25.

     Сопротивления резисторов R₂₂ и R₃₅, задающих рабочую точку дифференциально включенных транзисторов, равняются:

      Ом=60кОм. Возьмем  ближайший номинал 62кОм, тип резистора  МЛТ-0.25.

     Так как дифференциальный усилитель  выступает в качестве повторителя  напряжения, то сопротивления резисторов R₂₈ и R₃₁ должны быть такими же, как и сопротивление R₃₀, а именно 200Ом, тип МЛТ-0.25.

     Средняя рабочая частота ГУН задается подстроечным конденсатором С₂₁=30пФ, тип КТ4-23-200В. 

2.3.5. Вспомогательный  кварцевый генератор

     Кварцевый генератор (рис. 4.9) собран на двух инверторах DD_1.1 и DD_1.2 (тип микросхемы К561ЛН2), в цепях обратных связей которых стоят резисторы R₄₂, R₄₃ и кварцевый резонатор ZQ₂. 

Рис.4.9.Кварцевый  генератор. 

     Частота генератора 100кГц и определяется частотой резонанса кварца ZQ₂, тип РК202СТ. Выбраны рекомендуемые значения сопротивлений резисторов R₄₂= R₄₃=470Ом, тип МЛТ-0.25. На выходе генератора стоит разделительный конденсатор С₂₃=0.1мкФ, тип КМ-6а-Н90-25В. 

2.3.6. Первый преобразователь  частоты

     Преобразователь частоты собран на микросхеме DA₅, тип К174ПС4, представляющей собой двойной балансный смеситель и имеющей следующие характеристики:

• номинальное напряжение питания 6В±10%;
• ток потребления при U_п=6.6В 10мА;
• максимальное допустимое напряжение на выводах 7, 8, 11 и 13 500мВ;
• максимальная частота входного сигнала 1000МГц;
• максимальная частота опорного сигнала 1000.МГц;
• минимальное сопротивление нагрузки 50Ом.

 

Рис. 2.10. Первый преобразователь частоты. 

     На  входах микросхемы ставим разделительные конденсаторы С₁₇¸С₂₀=0.1мкФ, тип КМ-6а-Н90-25В. Выводы Х2 и Y2 через разделительные емкости С₁₉ и С₂₀ закорачиваем на корпус.