Расчёт однокаскадного усилителя постоянного тока на основе оу с инвертированным включением. Исходные данные.

Необходимо обеспечить следующие параметры:

коэффициент усиления Ku,тз =10 (20 дб)

входное сопротивление Rвх,тз = 20 кОм

сопротивление нагрузки

Операционный усилитель – К140УД6, параметры см. выше.

Расчёт входных цепей и цепей обратной связи.

Будем полагать ОУ идеализированным, со следующими параметрами: коэффициент усиления бесконечно большой; входное сопротивление бесконечно большое; выходное сопротивление нулевое.

Для обеспечения заданного коэффициента усиления необходимо, чтобы

Для расширения динамического диапазона необходимо уменьшить R1 и R_ОС, однако необходимо учесть, что входное сопротивление усилителя определяется величиной R1:

Получаем R1 = 20кОм, Rос = 200кОм.

Для обеспечения необходимой точности коэффициента усиления выбираем номиналы резисторов из ряда E96 (±1%): R1 = 20кОм, Rос = 200кОм.

Для уменьшения смещения нуля необходимо производить симметрирование входов ОУ: , где , . Таким образом,

Rсим = Roc||R1 = 200k||20k = 18.18 кОм

Этот резистор выбираем из ряда E96 (±1%): Rсим = 18.2 кОм.

Определение технических показателей усилителя.

Начальные данные для определения этих технических показателей:

Если учитывать неидеальности ОУ, получаем следующие параметры:

Сопротивление нагрузки, приведённое к выходу:

Коэффициенты, учитывающие конечные значения входного и выходного сопротивления:

Коэффициент усиления всего усилителя:

При изменении номиналов резисторов R1 и R_ОС в допустимых пределах коэффициент усиления меняется от 10.23 до 9.89. Таким образом, погрешность составляет

_{Такие величины: d}+_KU,неин _{= (10.23 – 10)/10 = 2.3%, d}-_KU,неин _{= (10-9.89)/10 = 1.1%.}

_{Допустимая погрешность коэффициента усиления в пределах 2%.}

Входное сопротивление усилителя:

Выходное сопротивление усилителя:

Расчёт статических погрешностей.

Напряжение статической погрешности можно разбить на две составляющие:

, где

– неизменная составляющая. Рассчитывается при температуре +25°C.

– дрейфовая составляющая. Зависит от температуры.

Рассмотрим неизменную составляющую.

Первая составляющая, вызванная наличием напряжения смещения, равна 76мВ. Наибольшее значение второй составляющей равно 8мВ при любых допустимых отклонениях номиналов резисторов. Третья составляющая, вызванная разностью входных токов, равна 20мВ.

Дрейфовая составляющая напряжения статической погрешности рассчитывается аналогично:

Рассмотрим положительный температурный поддиапазон:

Рассмотрим отрицательный температурный поддиапазон:

За дрейфовую составляющую примем наибольшее значение:

При отсутствии балансировки дрейф нуля составит величину

Если в схему усилителя ввести балансировочный резистор R2, неизменную составляющую можно будет исключить, и дрейф нуля значительно снизится:

Рассмотрим теперь динамический диапазон усилителя.

Условный динамический диапазон усилителя без балансировки:

Условный динамический диапазон усилителя с балансировкой:

Частотные свойства усилителя.

Полностью аналогичны вышерассмотренному усилителю, за тем исключением, что с целью увеличения скорости нарастания выходного напряжения к инвертирующему входу подключен конденсатор на 70пФ.

Расчёт цепей питания усилителя.

Цепи питания полностью аналогичны рассмотренным выше.

Схема усилителя.

Расчёт двухкаскадного усилителя постоянного тока на основе ОУ.

Исходные данные.

Первый каскад – на основе ОУ в неинвертированном включении, рассчитанный выше.

Второй каскад – на основе ОУ в инвертированном включении, также рассчитанный выше.

Расчёт параметров первого каскада.

Так как входное сопротивление второго каскада в первом приближении можно считать бесконечным, можно уменьшить номинала резистора в цепи обратной связи, что благоприятно скажется на статической погрешности.

Выбираем номиналы резисторов из ряда E96 (±1%):R1 = 261 Ом, Rос = 2.32 Ом, сопротивление симметрирования – также из ряда E96: Rсим = 237 Ом.

Теперь рассчитаем коэффициент усиления и входное сопротивление усилителя.

_d+_KU,неин _{= (10.25 – 10)/10 = 2.5%, d}-_KU,неин _{= (10-9.91)/10 = 0.9%.}