Электротехника \ Электроника

Расчет электронных схем, страница 3

9.7. Расчет устройств на операционных усилителях.

Расчет неинвертирующего усилителя

Используя ОУ, спроектировать неинвертирующий усилитель, с заданными коэффициентом передачи и входным сопротивлением.

Рис. 9. 13. Схема неинвертирующего  усилителя

1. Определим входное сопротивление усилителя и глубину ООС.

Известно, что , тогда требуемое значение глубины ООС

.

2. Для получения требуемого входного сопротивления между неинвертирующим входом ОУ и общей шиной необходимо включит дополнительно резистор

;

.

3. Используя выражение

,

и принимая , найдем

.

Расчет инвертирующего усилителя.

Рассчитаем инвертирующий усилитель по схеме на рис. 9.14 и определим погрешность, возникающую при использовании точных и приближенных выражений.

Рис. 9. 14. Схема инвертирующего усилителя

1. Определим точные сопротивления резисторов  и  . Для этого по первому закону Кирхгофа запишем уравнения относительно токов инвертирующего входа ОУ

или

Учитывая, что , найдем точное выражение для коэффициента передачи инвертирующего усилителя

Полное входное сопротивление усилителя

.

Решим уравнение, полученное для  относительно

Подставив найденное значение  в уравнение для  и решив его относительно , получим

2. Определим сопротивления резисторов, используя приближенные выражения:

.

Решая приведенную систему уравнений относительно , найдем

,

3. Определим точное значение  для найденных приближенных сопротивлений  и  

Расчет усилителя с дифференциальным входом.

Используя ОУ, разработать усилитель, обеспечивающий при вычитании напряжений, заданную погрешность результата; при заданных   .

Рис. 9. 15 . Схема усилителя с дифференциальным входом

1. Схема усилителя приведена на рис. 9. 15.Минимальное выходное напряжение усилителя равно .

2. Максимально допустимая погрешность выходного напряжения

3. Определим сопротивление резистора  из условия получения заданной температурной погрешности выходного напряжения

Отсюда                             

4. Найдем сопротивление резистора .                  ,

откуда                                        

5. Определим максимальную температурную погрешность .

6. Реальная температурная погрешность выходного напряжения в процентах                            

Расчет интегратора.

Пример 1.Определить рабочий диапазон частот для интегратора по схеме на рис. 9.16. при заданных   

Рис. 9. 16.  Базовая схема интегратора

1. Согласно  заданного типа ОУ имеем  

2. Частота единичного усиления равна

3. Нижняя частота рабочего диапазона частот

4. Верхняя частота рабочего диапазона частот

Пример 2. Определить  максимально допустимое время интегрирования интегратора, выполненного на основе ОУ при отсутствии и наличии внешних цепей компенсации, при заданных  

Рис. 9. 17 . Схема инвертирующего усилителя с внешними цепями компенсации напряжения

1.  для случая отсутствия цепей внешней коррекции равно

2. При компенсации только напряжения , что может быть сделано с использованием, например, схемы на рис. 9.17, получим

3. При компенсации только тока , что может быть сделано подключением между неинвертирующим входом ОУ и общей шиной корректирующего резистора  (рис. 9.18.), получим

t

Рис. 9. 18. Обобщенная схема замещения усилителя на ОУ.

4. При компенсации как , так и  получим

Расчет дифференциатора.

Пример 1. Определить рабочий диапазон частот дифференциатора по схеме на рис. 9.19., с заданными параметрами:

Рис. 9.19. Базовая схема дифференциатора

1. Конечное значение собственного коэффициента усиления ОУ приводит согласно

к ограничению верхней рабочей частоты дифференциатора

2. Для определения частоты, с которой начинает сказываться ограниченность собственной полосы пропускания ОУ, приравняем модули передаточных функций идеального дифференцирующего звена и ОУ

Тогда

Решая полученное выражение относительно , найдем  и

Пример 2.Определить значение выходного напряжения суммирующего дифференциатора по схеме на рис.9.20 с заданными : Uвх1; Uвх2; Uвх3; C1; C2; C3; R; ω;

Рис.9.20  Схема трехвходового суммирующего дифференциатора.

Находим

Расчет источника напряжения

Разработать источник напряжения с заданными : VD-2C175K1;UВЫХ; IH.

1. Для согласования параметров нагрузки и стабилитрона необходимо использование ОУ.

Воспользуемся схемой на рис.9.21.


Рис.9.21 Схема источника постоянного напряжения, выполненная на основе инвертирующего усилителя.

2. Выбираем тип ОУ.

3. Выбираем ток стабилитрона   ICT. 

 Тогда

RCT=(UП-UCTO)/ ICT.

4. Коэффициент передачи ОУ равен

КU=UВЫХ/UCTO.

5. Задаём ток резистора     RВХ=UCTO/0.1ICT.

6. RКОР=RВХ*I+(RCTrCT)/(RCT+rCT),

где rCT- дифференциальное сопротивление стабилитрона в области обратного пробоя.

7.  Определяем     bос=RВХ/(RВХ+RОС).

8. Нестабильность выходного напряжения    ∆UВЫХ=RВЫХ∆IH.

9. 8. Расчет звеньев фильтра типа .

1) Исходя из назначения фильтра выбирают сопротивление нагрузки ; граничную частоту ; задают величину ослабления в полосе задержания

2)  Для согласования фильтра с нагрузкой принимают характеристическое сопротивление  равным сопротивлению нагрузки , тогда                                             

3)  Определяют индуктивность и емкость звена фильтра

          

Индекс р обозначает расчетные значения.

4)  Изображают схему рассчитываемого Т-  или П- звена и обозначают рассчитанные значения на схеме, например, ()

Рис.9.22. Т-звено типа .   рис. 9.23. П-звено типа .

5)  Рассчитывают и строят график частотной характеристики затухания в полосе задержания                               

6)  Рассчитанное значение  сравнивают с заданным и если оно меньше, то используют дополнительно m- звено.

Скачать файл