Усилитель с автоматическим переключением коэффициента усиления

НОВОСИБИРСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ

ФАКУЛЬТЕТ  АВТОМАТИКИ  И  ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ  ТЕХНИКИ

КАФЕДРА СИСТЕМ СБОРА И ОБРАБОТКИ ДАННЫХ

КУРСОВАЯ РАБОТА ПО ДИСЦИПЛИНЕ «СХЕМОТЕХНИКА»

Тема: «Усилитель с автоматическим переключением коэффициента усиления»

Группа:   АТ-83                                                                                       Преподаватель:

Студент: Кнаус О.                                                                      доц. Каспер А.Э.

2010

Содержание

Введение                                                                                                                                          3

1.  Техническое задание                                                                                                          4

2.  Принципиальная схема                                                                                                      4

3.  Расчёт принципиальной схемы                                                                                                    5

3.1.   Выбор элементной базы                                                                                                  6

3.2.   Анализ погрешностей                                                                                                     6

Заключение                                                                                                                                     6

Перечень элементов                                                                                                                      6

Список литературы и web-источников                                                                                       7

Введение

При проектировании микроэлектронной аппаратуры обработки аналоговых сигналов часто требуется  усилить слабый входной сигнал до требуемого уровня.

Целью данной работы является разработка усилителя сигнала с автоматическим переключением коэффициента усиления.

1.  Техническое задание

Разработать усилитель переменного напряжения с автоматическим переключением коэффициента усиления со следующими параметрами :

К= 10,30,100

Uвх 10-100мВ

Частотный диапазон = 50 Гц – 100 кГц

погрешность < 3%

2.  Принципиальная схема

Рис.1. Принципиальная схема усилителя

Принцип работы усилителя заключается в следующем – входной сигнал поступает на фильтр в виде RC цепочки, после фильтрации сигнал с частотой до 100 кГц поступает на усилитель и компараторы, компараторы предназначены для переключения коэффициента усиления. При превышении напряжения над эталонным (для первого предела измерения эталонное напряжение равно 0, для второго 30 мВ, для третьего 60 мВ) на выходе компаратора появляется логическая единица, далее логическая единица поступает на схему И-НЕ, после которой, переключаются электронные ключи. Переключением электронных ключей достигается включение резисторов R2, R2 и R1, соответственно смена коэффициента усиления усилителя.

3.  Выбор элементной базы

Т.к. RC-цепочка должна пропускать сигнал частотой ниже 100кГц выберем параметры R и С           R = 1550 к, C = 1 пкФ, тогда частота среза 100 кГц

Для сравнения напряжения с эталонным необходимо создать на входе СУ3 эталонное напряжение в 60 мВ (на входе СУ2 – 30 мВ), создадим его при помощи резистивного делителя напряжения (напряжение на него подадим с источника питания схемы), подберём резисторы R5, R6, R7 : 2,03к, 4,02 к и 1 к соответственно.  Компараторы, как и все остальные элементы схемы выберем отечественного производства, выберем компаратор  КР554СА3.

В качестве ОУ1 выберем КР140УД12 -  усилитель с малым напряжением смещения и высоким коэффициентом усиления напряжения. Имеет внутреннюю частотную коррекцию.

            

Рис.4. Корпус КР140УД12                       Рис.5. Условное графическое обозначение КР140УД12

Электрические параметры

Напряжение питания	15 В
Максимальное выходное напряжение при Uп=  15 В, Uвх=  0,1 В, Rн = 75 кОм	не менее 10 В
Напряжение смещения нуля при Uп=  15 В, Rн = 75 кОм	не более 6 мВ
Входной ток при Uп= 15 В при Uп= 16,5 В	не более 30 мкА не более 190 мкА
Разность входных токов при Uп=15 В	не менее 68 нА
Ток потребления при Uп= 15 В, Rн = 75 кОм, Iд = 1,5 мкА при Uп= 15 В, Rн = 75 кОм, Iд = 15 мкА	не более 30 мкА не более 190 мкА
Коэффициент усиления напряжения     при Uп= 15 В, Rн= 75 кОм     при Uп= 3 В, Rн= 75 кОм	не менее 50000 не менее 25000

Предельно допустимые режимы эксплуатации

Напряжение питания	± (3...16,5) В
Входное синфазное напряжение	не более ± 10 В
Входное дифференциальное напряжение	± 20 В
Температура окружающей среды	-60...+85 °C

Коэффициенты усиления выберем равными 10 (для первого предела измерений) и 100 (для второго предела измерений) , соответственно подберём номиналы резисторов R1, R2, R3 :

R₄ = 2к

R₁ = 200 к       

R₂ = 60 к   

R₃ = 20 к   

Логические элементы И-НЕ возьмем с микросхемы К531ЛА19, в качестве электронных ключей используем микросхему К590КН10 (4х канальный аналоговый ключ). Все микросхемы отечественного производства. Питающее напряжение выберем в 15 В.

4.  Анализ погрешностей

Общая относительная погрешность для коэффициента усиления складывается из погрешностей резисторов R1, R2,  R3, R4

Данная погрешность менее 3% следовательно усилитель удовлетворяет требуемым параметрам.

Заключение

Разработанная схема удовлетворяет указанным в задании параметрам.  Вместо указанных в устройстве могут быть использованы микросхемы других серий аналогичного функционального назначения при соответствующем выборе их питающего напряжения.

Перечень элементов

Позиция	Наименование	Кол.	Примечание
	Резисторы
R8 R1 R2 R3 R4	C2-29B -0,125Вт – 1550 кОм±0,5% C2-29B -0,125Вт – 200 кОм±0,5% C2-29B -0,125Вт – 60 МОм±0,5% C2-29B -0,125Вт – 20 кОм±0,5% C2-29B -0,125Вт – 2 кОм±0,5%	1
	Конденсаторы
С1	КМ-6А-П34-1 пФ±2%	1
	Микросхемы
DD1, DD2	К531ЛА19	1
СУ1, СУ2, СУ3	КР554СА3	2
ОУ1, ОУ2	КР140УД12	2
ЭК1, ЭК2	К590КН10	1

Список литературы

1.  Конспект лекций по электронике. лектор: Каспер А.Э. 2010 учебный год.

2.  Конспект лекций по схемотехнике. лектор: Каспер А.Э. 2010 учебный год.

3.  Гусев В.Г., Гусев Ю.М. – Электроника. – М.: Высшая школа, 1991.-622 с.

4.  Хоровиц П., Хилл У. – Искусство схемотехники: Пер. с англ. – Изд. 6-е. – М: Мир, 2003. – 704с.