165

И.А. Колесов

Проектирование

аналоговых устройств

на операционных усилителях

Федеральное агентство по образованию РФ

Томский государственный университет

систем управления и радиоэлектроники (тусур)

Кафедра средств радиосвязи (СРС)

И.А. Колесов

Проектирование

аналоговых устройств

на операционных усилителях

Учебное пособие

по курсовому проектированию

Томск  ‑  2007

УДК [621.375.049.77:621.375.132:621.375.001.24](075.8)

Рецензент  доцент Кологривов В.А.

(кафедра средств радиосвязи ТУСУР)

Колесов И. А. Проектирование аналоговых устройств на операционных усилителях: Учебно-методическое пособие по курсовому проектированию аналоговых устройств.  Томск: Изд-во Томск. гос. ун-та систем управления и радиоэлектроники, 2007.  167 с.

Излагаются методические рекомендации по выполнению малоформатных курсовых проектов (с объемом работы по проектированию до 50 часов) на базе операционных усилителей.

Даются краткие теоретические сведения о базовых схемотехнических решениях основных функциональных модулей аналоговых устройств на операционных усилителях и соотношения для расчета их характеристик. Излагаются порядок расчета, сведения по распределению допустимых линейных и нелинейных искажений по каскадам аналоговых устройств, критерии выбора операционных усилителей и расчет итоговых характеристик спроектированного устройства.

Формулируются требования к моделированию разрабатываемых устройств, к оформлению курсового проекта.

пособие предназначено для студентов специальности 210402  “Средства связи с подвижными объектами” (дисциплина «Проектирование аналоговых устройств») направления 210400  «Телекоммуникации». Пособие может быть использовано студентами всех специальностей этого направления, а также студентами специальностей радиотехнического профиля других направлений подготовки специалистов (210000  “Электроника и микроэлектроника”, 210200 “Проектирование и технология электронных средств”, 100101 “Сервис”) при курсовом и дипломном проектировании аналоговых электронных устройств.

УДК [621.375.049.77:621.375.132:621.375.001.24](075.8)

Учебное издание

Колесов Игорь Анатольевич

Проектирование аналоговых устройств на операционных усилителях Учебное пособие

© Колесов И. А., 2007

© Томск гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники

Содержание

Предисловие	6
1. Введение	8
2. Значение, общая характеристика курсового проектирования и отчетность	10
2.1. Значение курсового проектирования	10
2.2 Общая характеристика проектирования	15
2.3. Организация работы и отчетность	17
2.4. Особенности взаимодействия студентов с преподавателем в нетиповых ситуациях	20
3. Характеристика заданий на курсовое проектирование	22
3.1. Задачи курсового проектирования	22
3.2 Характеристика заданий на курсовое проектирование	22
4. Рекомендации по подготовке к началу проектирования	25
5. Основные технические характеристики аналоговых усилителей	28
5.1. Испытательные сигналы для оценки основных характеристик	28
5.2. искажения, вносимые усилителем гармонических сигналов	28
5.3. искажения, вносимые усилителем импульсных сигналов	39
6. Базовые каскады аналоговых устройств с равномерными АЧХ на операционных усилителях	42
6.1 Операционные усилители. Основные параметры и характеристики	42
6.1.1. операционные усилители (ОУ)	42
6.1.2. Основные параметры ОУ	42
6.1.2.1. Назначение операционных усилителей	42
6.1.2.2. Режим малого сигнала	43
6.1.2.3. Режим большого сигнала	46
6.2. Базовые каскады с равномерными АЧХ на ОУ с внутренней коррекцией. Основные свойства	49
6.2.1. Неинвертирующий каскад	49
6.2.1.1. Режим малого гармонического сигнала	49
6.2.1.2. Режим малого импульсного сигнала	51
6.2.1.3. Режим большого гармонического сигнала	52
6.2.1.4. Режим большого импульсного сигнала	55
6.2.2. Инвертирующий каскад	56
6.3. Влияние второго полюса диаграммы Боде ОУ на характеристики базовых каскадов с равномерными АЧХ	59
6.4. Шумовые модели базовых каскадов на ОУ. Отношение сигнал/шум	61
6.4.1. Собственные шумы устройства	61
6.4.2. Шумовая модель ОУ	62
6.4.3. Шумовая модель каскада	63
6.5. Отношение сигнал/шум	64
6.6. Смещение нуля. Расчет коэффициента гармоник каскадов на ОУ	67
6.6.1. Смещение нуля на выходе ОУ	67
6.6.2. Оценка коэффициента гармоник базовых каскадов	70
7. Другие каскады с равномерными АЧХ	75
7.1. фазоинверсный каскад	75
7.2 самобалансирующийся каскад с симметричным входом и с симметричным выходом	76
7.3.  каскад с симметричным входом и несимметричным выходом	77
7.4.  Взвешенный многовходовый сумматор	79
7.5. Простейшие фильтры	81
7.5.1.Фильтры подавления помех	81
7.5.2. Простейший фазовый фильтр	83
7.5.3. Режекторный 2Т - фильтр	84
8. Базовые каскады с неравномерными АЧХ. Корректоры	86
8.1. Назначение корректоров	86
8.2. Корректоры со скатом диаграммы Боде 6дБ/октава	86
8.3. Корректоры с подъемом диаграммы Боде 6дБ/октава	92
8.4. Корректоры с подъемами и спадами диаграммы Боде	96
8.5.  Регуляторы частотных характеристик	100
8.5.1. Назначение и виды регуляторов частотных характеристик	100
8.5.2. Частотно-зависимые регуляторы громкости	101
8.5.3. регуляторы тембра	103
9. Регуляторы усиления. Установка нуля на выходе устройства	110
9.1. Регуляторы усиления	110
9.2. Установка нуля на выходе устройства	112
10. Разработка структурной схемы устройства	118
10.1. Многокаскадные усилители	118
10.1.1. Определение числа каскадов и составление структурной схемы	118
10.1.2. Распределение линейных искажений по каскадам	119
10.1.3. Выбор операционного усилителя	120
10.2. Другие устройства и функциональные модули с равномерными АЧХ	124
10.3. Устройства и модули с неравномерными АЧХ	127
11. Электрический расчет и уточнение схемы устройства	128
11.1. Расчет сопротивлений резисторов. Выбор номиналов	128
11.2. Расчет смещения нуля. Уточнение схемы	130
11.3. Расчет емкостей разделительных и блокировочных конденсаторов	132
11.4. Оценка коэффициента гармоник	134
11.5. Расчет отношения сигнал/шум	135
11.6. Расчет итоговых характеристик проектируемого устройства	136
11.7. Выполнение принципиальной схемы и перечня элементов	138
12. Заключение	139
13. Список использованных источников	140
Приложение 1 оформление типового малоформатного курсового проекта	142
П.1.1. Состав проекта	142
П.1.2. Пример титульного листа пояснительной записки	143
П.1.3. Пример реферата	144
П.1.4. Пример оформления содержания пояснительной записки	145
П.1.5. Пример оформления текстовой части пояснительной записки	146
П.1.6. Пример оформления принципиальной электрической схемы	165
П.1.7. Пример оформления перечня элементов	166
Приложение 2 Ряды номинальных значений для резисторов и конденсаторов	167