Задание по курсовому проектированию   1. Расчёт и проектирование усилителей постоянного тока……….. 1.1. Анализ инвертирующего усилителя постоянного тока…….. 1.2. Анализ неинвертирующего усилителя постоянного тока …. 1.3. Методические указания к расчету усилителей постоян- ного тока на основе ОУ……………………………………… 2. Расчёт и проектирование усилителей с ёмкостной связью ……... 2.1. Анализ инвертирующей схемы с ёмкостной связью……….. 2.2. Анализ неинвертирующего усилителя с ёмкостной связью………………………………………………………….. 2.3. Методические указания к расчёту усилителей с ёмкостной связью…………………………………………... 3. Расчёт и проектирование мультивибраторов на основе ОУ……... 3.1. Анализ схемы мультивибратора на основе ОУ……………… 3.2. Методика расчета мультивибратора…………………………. 4. Задание по курсовому проектированию…………………………… 5.Требования к выполнению и оформлению пояснительной записки………………………………………….….. Список рекомендуемой литературы………………………………… Приложение……………………………………………………………

(1.2) где - наибольшее входное напряжение, которое может быть усилено без искажения формы сигнала. msjgjfvhgfh В общем случае одновременно присутствуют оба вида погрешностей и , а общая погрешность оценивается двухзвенной формулой (1.3)   1.1. Анализ инвертирующего усилителя постоянного тока   В инвертирующем УПТ (рис.1.2) реализована отрицательная обратная связь (ООС) по напряжению с параллельным способом введения. Это положение в значительной степени и определяет свойства схемы. Рис.1.2. Инвертирующий УПТ   Рассмотрим работу схемы. Под действием входного напряжения в цепи резистора возникает ток (1.4) который в точке а распределяется на два тока: - входной ток операционного усилителя

Параметры операционных усилителей   Параметр Размерность Обозначение 140УД7 140УД8 Напряжение питания В Еп1 , Еп2     Ток питания при холостом ходе мА Iп 2, 8   Дифференциальный коэффициент усиления - Коу     Напряжение смещения нуля мВ Uсм     Максимальное выходное напряжение (при Еп=15 В) В Uвыхmax±     Входной ток смещения нА Iвхм   0.2 Разность входных токов смещения нА DIвхсм   0.1 Входное сопротивление операционного усилителя М Ом Rвхоу     Выходное сопротивление операционного усилителя Ом Rвыхоу     Частота единичного усиления М Гц f1   0.8 Коэффициент ослабления синфазного сигнала dB Kосс     Дрейф напряжения смещения нуля мкВ/К dUсмо/dT     Дрейф входного тока смещения нА/К dIвхсм/dT   0.1 Дрейф разности входных токов смещения нА/К dDIвхсм/dT 0.4 0.1 Дрейф коэффициента усиления 1/К dKоу/КоуdT 0.03 0.03 Дрейф коэффициента ослабления синфазного сигнала 1/К dKосс/КоссdT 0.03 0.03 Дрейф входного сопротивления 1/К dRвхоу/RвхоуdT 0.02 0.02 Коэффициент влияния изменения напряжения питания мкВ/В КП     Максимально допустимое синфазное напряжение В Uсинфдоп

(1.5) - ток в цепи обратной связи (1.6) где . Выходное напряжение зависит от напряжения между инвертирующим и неинвертирующим входами ОУ , (1.7) где - коэффициент усилителя ОУ для дифференциального сигнала. Входное напряжение можно найти как , (1.8) а также . (1.9) Решая совместно уравнения (1.4) – (1.9), получим коэффициент усиления усилителя с обратной связью ; (1.10) В первом приближении, приняв , найдём, что для схемы, построенной на идеальном ОУ, справедливы следующие выражения: В случае реального ОУ появляется мультипликативная погрешность. Источники мультипликативных составляющих погрешностей УПТ, т.е. влияющих на , легче определить, рассмотрев уравнение (1.10): к ним относятся изменения

Приложение 1, 5 – Баланс 2 – Инвертирующий вход 3 – Неинвертирующий вход 4 – Питание (-) 6 – Выход 7 – Питание (+) 8 –Частотная коррекция   Рис.П1. Условное обозначение ОУ 140УД7         1– Корпус 2, 6 – Баланс 3 – Инвертирующий 4 – Неинвертирующий вход 5 – Питание (-) 7 – Выход 8 – Питание (+)   Рис.П2. Условное обозначение ОУ 140УД8

сопротивления резисторов и , изменение и изменение . Эти изменения, в основном, зависят от температуры кристалла операционного усилителя и элементов схемы. Влияние изменения сопротивления резисторов и можно оценить, положив, что все другие источники погрешностей отсутствуют. Для этого воспользуемся приближённым выражением и найдём полный дифференциал (1.11) а затем относительную погрешность, вызванную изменением сопротивления резисторов (1.12) Относительные изменения сопротивления резисторов и зависят от температуры (1.13) где - температурный коэффициент сопротивления резисторов; - рабочий диапазон температур, определяемый условиями эксплуатации. Из выражения (1.13) видно, что можно свести к нулю, используя резисторы с одинаковыми , однако, практически этого добиться невозможно из-за разброса от образца к образцу до 10%, поэтому оценим как (1.14) Влияние изменения коэффициента усиления операционного усилителя можно оценить, полагая, что

Длительность паузы определяется как ; =5 кОм. 5.Требования к выполнению и содержанию расчётно-пояснительной записки Расчётно-пояснительная записка должна содержать принципиальную схему устройства, теоретическое описание его работы и расчётную часть. Графическая часть выполняется на формате А4 с соблюдением норм ЕСКД.     Список рекомендуемой литературы 1.Прянишников В.А. Электроника: Курс лекций. –СПб.: Корона принт, 2004. 2. Лачин ВюИ. Савелов Н.С. Электроника: Учебное пособие –Ростов н/Д; изд-во «Феникс», 2004. 3.Латышев Л.Н. Основы электроники: курс лекций. – Уфа: Изд-во «Реактив», 2008.

(1.15) Относительное изменение коэффициента усиления операционного усилителя зависит от температурных свойств операционного усилителя где - температурный дрейф коэффициента усилителя. Влияние изменения входного сопротивления операционного усилителя оценивается аналогично. Для этого из выражения (1.10) необходимо найти , а затем (1.16) Общая мультипликативная погрешность с учётом всех влияющих факторов определяется как среднеквадратичная (1.17) Аддитивные погрешности УПТ приводят к появлению напряжения сдвига на выходе ОУ. Это явление может быть вызвано наличием входных токов смещения

входное и выходное сопротивление, полосу пропускания, построить логарифмическую амплитудно-частотную характеристику. Таблица 4. 2. Марка операционного усилителя   14ОУД8   14ОУД7 Схема включенения     инвертирующая   неинвертирующая Коэффициент частотных искажений     1, 2   1, 1 Нижняя рабочая частота , Гц           Коэффициент усиления с обратной связью для средних частот             4.3. Рассчитать мультивибратор   Рассчитать и выбрать элементы схемы. Определить длительность импульса и длительность паузы при выбранных элементах схемы. Рассчитать температурную стабильность. Таблица 4. 3. Марка операционного усилителя   14ОУД7   14ОУД8 Длительность импульса , мс           Длительность , мс           Сомножитель     0.5     Температурный диапазон , °С     минус50…+50   минус 30…+10

и их разности, напряжения смещения нуля, а также температурным дрейфом этих величин. Влияние напряжения смещения нуля и его температурного дрейфа оценим по эквивалентной схеме (рис.1.3). Рис.1.3. Эквивалентная схема для определения Для сигнала схема представляет собой неинвертирующий УПТ и поэтому определяется как (1.18) а приведённая погрешность, вызванная напряжением смещения нуля , по формуле (1.19) где - наибольшее выходное напряжение, ограничиваю- щее линейную часть амплитудной характеристики ОУ. Погрешность обычно оказывается значительной, поэтому рекомендуется вводить схему коррекции нуля (балансировки ОУ) (рис. П1, П2). При настройке ОУ при нулевом входном сигнале с помощью подстроечного резистора устанавливают . Однако при этом остаётся погрешность от температурного

Задание по курсовому проектированию   Вариант задания студентов для очной формы обучения определяется по номеру в списке группы, а заочной формы обучения - по сумме последних цифр в номере зачётной книжки. Это число необходимо представить в двоичном виде Коэффициенты могут принимать значения «0» или «1». После определения коэффициентов вариант выбирается по табл. 4.1.   4.1. Рассчитать усилитель постоянного тока По исходным данным рассчитать и выбрать элементы схемы. Определить основные параметры: коэффициент усиления с обратной связью, входное и выходное сопротивления схемы и построить логарифмическую амплитудно-частотную характеристику. Вычислить мультипликативные и аддитивные составляющие погрешности. Таблица 4.1 Марка операционного усилителя   14ОУД7   14ОУД8 Схема включения     инвертирующая   неинвертирующая Сомножитель m     0, 5     Сомножитель А           Температурный диапазон Тmin…Tmax, C     минус 50…+50   минус 30…+10   Коэффициент усиления с обратной связью . 1кОм. 4.2. Рассчитать усилитель с ёмкостной связью Рассчитать и выбрать элементы схемы. Определить основные параметры: коэффициент усиления с обратной связью,

дрейфа напряжения смещения нуля : которая определяется выражением (1.20) Влияние входных токов смещения, разности входных токов смещения и их дрейфа определим, воспользовавшись эквивалентной схемой (рис 1.4). Рис.1.4. Эквивалентная схема для определения   Представим и в виде (1.21) (1.22) где - среднее значение входных токов смещения; - разность входных токов смещения. Напряжение между входами ОУ можно найти по эквивалентной схеме (рис. 1.4) (1.23) а с учётом (1.21) и (1.22)

Рассчитывают значение по неравенствам (3.14) и (3.15) и выбирают наименьшее по таблице номинальных значений. Определяют и из уравнений (3.5) и (3.6). В зависимости от соотношений и выбирают вариант цепи заряда а, b или c. Выбирают значение резистора , близкое к максимальному значению для данного типа резисторов. Рекомендуется выбирать термостабильные резисторы С2-13 или С2-29 порядка 1 МОм. Ёмкость конденсатора рассчитывают по наибольшей длительности или . Для выбора рекомендуются конденсаторы керамические монолитные КМ3…К10-52. Определяют температурную нестабильность . Проверяют работоспособность по выражению (3.16).

Из последнего выражения видно, что при выполнении равенства первое слагаемое выражения (1.23) обращается в нуль, т.е. от влияния одинаковых входных токов смещения можно освободиться. Второе слагаемое отражает влияние разности входных токов смещения, которое приводит к появлению напряжений сдвига (1.24) и погрешности, обусловленной наличием разности входных токов : (1.25) Напряжение сдвига и погрешность можно привести к нулю при коррекции нуля ОУ. Остаётся погрешность от дрейфа разности входных токов смещения (1.26) где Нестабильность напряжения питания ОУ является причиной напряжения сдвига, а следовательно, и аддитивной погрешности (1.27) где - изменение напряжений питания ОУ, зависит от стабильности источника питания. Можно принять =0.1 , если источник питания не стабилизирован, или 0.01 , если источник стабилизирован. - коэффициент влияния напряжений питания.

Отсюда следует, что при выборе резисторов и следует соблюдать неравенство (3.14) Синфазное напряжение принимает наибольшее значение слева от точки 1, т.е. до переключения ОУ (3.15) Выбор значений сопротивлений , , в схеме производят с учетом максимально допустимого тока операционного усилителя Выходной ток ОУ образуется из трёх составляющих: тока нагрузки , тока обратной связи и тока заряда ёмкости , который максимален в момент переключения ОУ Если учесть, что , то (3.16) В случае несимметричного мультивибратора это условие должно выполняться для наименьшего сопротивления зарядной цепи.   3.2. Методика расчета мультивибратора   Исходные данные для расчета: тип ОУ, рабочий диапазон температур , длительность импульса и длительность паузы . Следует рассчитать значения пассивных элементов схемы и выбрать их по выпускаемой промышленной номенклатуре, также проверить режим работы ОУ и убедиться в работоспособности схемы. Последовательность расчета: Выбирают резистор порядка 10 кОм, чтобы не нагружать ОУ.

Общая аддитивная погрешность оценивается как среднеквадратичная (1.28) Погрешность при известном входном сигнале , с учётом мультипликативной и аддитивной составляющих погрешности, определяется по двухзвенной формуле (1.29) К основным параметрам, характеризующим свойства усилителей, кроме коэффициента усиления с обратной связью , относятся входное сопротивление с обратной связью и выходное сопротивление с обратной связью (1.30) , (1.31) где - коэффициент обратной связи. Частотные параметры УПТ определяют по амплитудно-частотным характеристикам (рис. 1.5), которые строятся в логарифмическом масштабе в соответствии с уравнением (1.32) где - коэффициент усиления при нулевой частоте , - частота верхнего среза, т.е. такая частота, при которой коэффи- циент усиления уменьшится в раз от своего максимального значения (1.33)

а - , b - , с – универсальный   Для получения скважности заряд конденсатора производят по цепям, варианты которых показаны на рис.3.3 а, b, c. Поскольку сопротивление в цепи заряда конденсатора зависит от направления тока, то для цепи а (3.8) для цепи b (3.9) для цепи c (3.10) Временная нестабильность генератора определяется, в основном, постоянством параметров хронирующей цепи (3.11) где относительное изменение сопротивления резистора, которое зависит от температуры (3.12) относительное изменение ёмкости конденсатора (3.13) При расчете схемы следует соблюдать условия ограничения по предельным режимам работы операционного усилителя. Так дифференциальное и синфазное напряжения не должны превосходить допустимые значения Дифференциальное напряжение принимает наибольшее значение справа от точки 1, т.е. после переключения ОУ Если учесть, что ОУ не нагружён, то

Рис.1.5. Логарифмическая амплитудно-частотная характеристика УПТ   1.2. Анализ неинвертирующего усилителя постоянного тока   В неинвертирующем УПТ (рис.1.6) реализована отрицательная обратная связь по напряжению с последовательным способом введения   Рис. 1.6. Неинвертирующий УПТ   . Напряжение обратной связи , являющееся частью выходного напряжения , формируется с помощью резисторов и (1.34) Напряжение, подаваемое на вход ОУ и входной ток ОУ , определим для схемы (рис.1.6) как

Разрешая это уравнение относительно , получим (3.5) Для определения , поступая аналогично, получим (3.6) Если и , (3.7) Мультивибратор, у которого , а скважность , называют симметричным. Рис.3.3. Варианты цепей заряда хронирующего конденсатора несимметричного мультивибратора:

(1.35) (1.36) (1.37) Решая совместно уравнения (1.34-1.37), найдем . (1.38) В первом приближении для идеального ОУ () (1.39) Мультипликативные составляющие погрешности при неинвертирующем включении определяются практически теми же формулами, что и для инвертирующего включения. Влияние изменения резисторов и , образующих ОС, оценивается выражением (1.40) Оценить погрешность при можно формулой (1.41) Погрешности, вызванные изменением коэффициента усиления ОУ и входного

Рис.3.2. Временная диаграмма работы мультивибратора В соответствии с временной диаграммой работы мультивибратора (рис. 3.2) на интервале происходит заряд конденсатора, справа от точки 1 напряжение , т.е. , и напряжение на инвертирующем входе , следовательно, напряжение на выходе принимает значение . Причём переключение ОУ за счёт ПОС происходит с большой скоростью. На интервале напряжение на конденсаторе изменяется под действием отрицательного напряжения , приложенного к цепи. Этот процесс продолжается до точки 2, в которой и напряжение на инвертирующем входе , следовательно, напряжение на выходе примет значения . Далее процессы заряда и разряда конденсатора продолжаются аналогичным образом. В результате на выходе мультивибратора формируются импульсы прямоугольной формы длительностью , с паузой и периодом следования . Для определения воспользуемся уравнением (3.4), в котором, как видно из временной диаграммы (рис.3.2),

сопротивления и , определяются из выражений (1.15) и (1.16). В неинвертирующей схеме сказывается влияние синфазного напряжения при Коэффициент усилия схемы с учетом конечности коэффициента ослабления синфазного сигнала равен (1.42) Коэффициент ослабления синфазного сигнала зависит от температуры (1.43) что приводит к мультипликативной составляющей погрешности (1.44) В справочниках по операционным усилителям дается в децибелах, при расчете следует перевести в относительные единицы Общая мультипликативная погрешность с учётом всех факторов оценивается как среднеквадратичная (1.45) Аддитивные составляющие погрешности определяются по тем же формулам, что и для неинвертирующего усилителя. Основные параметры, характеризующие свойства неинвертирующего УПТ, определяются выражениями, справедливыми для ООС по напряжению с последовательным способом введения: (1.46) (1.47) (1.48) где . Амплитудно-частотная характеристика строится так же, как и для инвертирующего УПТ.

(3.2)   Рис. 3.1. Схема симметричного мультивибратора   При включении питания ОУ напряжение на выходе принимает одно из значений или , под действием которого через резистор конденсатор заряжается. Процесс заряда описывается уравнением (3.3) решение которого имеет вид (3.4) где - напряжение на конденсаторе при ; - напряжение на конденсаторе при ; - постоянная времени цепи заряда.

1.3. Методические указания к расчету усилителей постоянного тока на основе ОУ   Исходными данными для расчета являются схема включения, тип ОУ, коэффициент усиления с обратной связью , рабочий диапазон температур , сопротивление источника входного сигнала <== предыдущая лекция | следующая лекция ==> Библиографический список. 1. Белуха Н.Т. Основы научных исследований в экономике | Методические рекомендации. Вариант задания студентов для очной формы обучения определяется по номеру в списке группы, а заочной формы обучения - по сумме последних цифр в номере Дата добавления: 2014-11-12; просмотров: 692. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы! Обзор компонентов Multisim Компоненты – это основа любой схемы, это все элементы, из которых она состоит. Multisim оперирует с двумя категориями... Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм... Важнейшие способы обработки и анализа рядов динамики Не во всех случаях эмпирические данные рядов динамики позволяют определить тенденцию изменения явления во времени... ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Статика является частью теоретической механики, изучающей условия, при ко­торых тело находится под действием заданной системы сил... Тема: Составление цепи питания Цель: расширить знания о биотических факторах среды. Оборудование:гербарные растения... В эволюции растений и животных. Цель: выявить ароморфозы и идиоадаптации у растений Цель: выявить ароморфозы и идиоадаптации у растений. Оборудование: гербарные растения, чучела хордовых (рыб, земноводных, птиц, пресмыкающихся, млекопитающих), коллекции насекомых, влажные препараты паразитических червей, мох, хвощ, папоротник... Типовые примеры и методы их решения. Пример 2.5.1. На вклад начисляются сложные проценты: а) ежегодно; б) ежеквартально; в) ежемесячно Пример 2.5.1. На вклад начисляются сложные проценты: а) ежегодно; б) ежеквартально; в) ежемесячно. Какова должна быть годовая номинальная процентная ставка... Ситуация 26. ПРОВЕРЕНО МИНЗДРАВОМ   Станислав Свердлов закончил российско-американский факультет менеджмента Томского государственного университета... Различия в философии античности, средневековья и Возрождения ♦Венцом античной философии было: Единое Благо, Мировой Ум, Мировая Душа, Космос... Характерные черты немецкой классической философии 1. Особое понимание роли философии в истории человечества, в развитии мировой культуры. Классические немецкие философы полагали, что философия призвана быть критической совестью культуры, «душой» культуры. 2. Исследовались не только человеческая...