
- •Учебное издание
- •Проектирование аналоговых устройств на операционных усилителях Учебное пособие
- •Содержание
- •Предисловие
- •1. Введение
- •2. Значение, общая характеристика курсового проектирования и отчетность
- •2.1. Значение курсового проектирования
- •2.2 Общая характеристика проектирования
- •2.3. Организация работы и отчетность
- •2.4. Особенности взаимодействия студентов с преподавателем в нетиповых ситуациях
- •3. Характеристика заданий на курсовое проектирование
- •3.1 Задачи курсового проектирования
- •3.2 Характеристика заданий на курсовое проектирование
- •4. Рекомендации по подготовке к началу проектирования
- •5. Основные технические характеристики аналоговых усилителей
- •5.1 Испытательные сигналы для оценки основных характеристик
- •Искажения, вносимые усилителем гармонических сигналов
- •Искажения, вносимые усилителем импульсных сигналов
- •6.1.2. Основные параметры оу
- •6.1.2.1. Назначение операционных усилителей
- •6.1.2.2. Режим малого сигнала.
- •6.1.2.3. Режим большого сигнала
- •6.2.1.2. Режим малого импульсного сигнала
- •6.2.1.3. Режим большого гармонического сигнала
- •6.2.1.4. Режим большого импульсного сигнала
- •6.2.2. Инвертирующий каскад
- •6.3. Влияние второго полюса диаграммы Боде оу на характеристики базовых каскадов с равномерными ачх
- •6.4. Шумовые модели базовых каскадов на оу. Отношение сигнал/шум
- •6.4.1 Собственные шумы устройства
- •6.4.2 Шумовая модель оу
- •6.4.3 Шумовая модель каскада
- •6.5 Отношение сигнал/шум
- •6.6 Смещение нуля. Расчет коэффициента гармоник каскадов на оу
- •6.6.1 Смещение нуля на выходе оу
- •6.6.2 Оценка коэффициента гармоник базовых каскадов
- •7. Другие каскады с равномерными ачх
- •7.1. Фазоинверсный каскад
- •7.2. Самобалансирующийся каскад с симметричным входом и симметричным выходом
- •7.3. Каскад с симметричным входом и несимметричным выходом
- •7.4. Взвешенный многовходовый сумматор
- •7.5. Простейшие фильтры
- •7.5.1.Фильтры подавления помех
- •7.5.2. Простейший фазовый фильтр
- •7.5.3. Режекторный 2т - фильтр
- •8. Базовые каскады с неравномерными ачх. Корректоры
- •8.1. Назначение корректоров
- •8.2. Корректоры со скатом диаграммы Боде 6дБ/октава
- •8.3. Корректоры с подъемом диаграммы Боде 6дБ/октава
- •8.4. Корректоры с подъемами и спадами диаграммы Боде
- •8.5. Регуляторы частотных характеристик
- •8.5.1. Назначение и виды регуляторов частотных характеристик
- •8.5.2. Частотно-зависимые регуляторы громкости
- •8.5.3. Регуляторы тембра
- •9. Регуляторы усиления. Установка нуля на выходе устройства
- •9.1. Регуляторы усиления
- •9.2. Установка нуля на выходе устройства
- •10. Разработка структурной схемы устройства
- •10.1. Многокаскадные усилители
- •10.1.1. Определение числа каскадов и составление структурной схемы
- •10.1.2. Распределение линейных искажений по каскадам
- •10.1.3. Выбор операционного усилителя
- •10.2. Другие устройства и функциональные модули с равномерными ачх
- •10.3. Устройства и модули с неравномерными ачх
- •11. Электрический расчет и уточнение схемы устройства
- •11.1. Расчет сопротивлений резисторов. Выбор номиналов
- •11.2. Расчет смещение нуля. Уточнение схемы
- •11.3. Расчет емкостей разделительных и блокировочных конденсаторов
- •11.4. Оценка коэффициента гармоник
- •11.5. Расчет отношения сигнал/шум
- •11.6. Расчет итоговых характеристик проектируемого устройства
- •11.7. Выполнение принципиальной схемы и перечня элементов
- •12. Заключение
- •Список использованных источников
- •Приложение 1 оформление типового малоформатного курсового проекта п.1.1. Состав проекта
- •П.1.2. Пример титульного листа пояснительной записки
- •Микрофонный усилитель
- •«Проектирование аналоговых устройств»
- •П.1.3. Пример реферата реферат
- •П.1.4. Пример оформления содержания пояснительной записки
- •П.1.5. Пример оформления текстовой части пояснительной записки 3
- •1 Введение
- •2 Выбор структурной схемы микрофонного усилителя
- •3 Выбор типа операционного усилителя
- •4 Выбор номиналов элементов схемы
- •5 Расчёт смещения нуля
- •5.1 Расчёт смещения нуля входного каскада
- •5.2 Расчёт смещения нуля выходного каскада
- •6.2 Расчёт коэффициента гармоник выходного каскада
- •7 Расчёт отношения сигнал/шум
- •Входной каскад
- •Выходной каскад
- •Следовало провести расчет корректно, с учетом вклада шумов обоих каскадов.
- •8 Заключение
- •Список использованных источников
- •Приложение а
- •Справочные данные операционного усилителя 140уд6а
- •Приложение б
- •Параметры микрофона мд78-а
- •Ачх микрофонного усилителя
- •Фчх микрофонного усилителя
- •Приложение 2 Ряды номинальных значений для резисторов и конденсаторов
6.2.1.2. Режим малого импульсного сигнала
Если амплитуда импульсного сигнала на один - два порядка меньше напряжения питания ОУ, то выражение (6.12) позволяет получить изображение по Лапласу нормированной переходной характеристики каскада в области малых времен [21]
,
(6.22)
где
оператор,
постоянная времени для области верхних
часто (малых времен). С помощью обратного
преобразования Лапласа (теорема о
вычетах) не представляет трудности
найти нормированную переходную
характеристику каскада в области малых
времен для малосигнального режима
[21, 22]
.
Она аналогична характеристике
простейшего усилительного каскада
(например, на полевом транзисторе в
схеме с общим истоком [21, 22]).
.
(6.23)
В соответствии с этим выражением время установления в режиме малого сигнала
.
(6.24)
6.2.1.3. Режим большого гармонического сигнала
Частотная зависимость амплитуды выходного напряжения ОУ в режиме большого гармонического сигнала (6.6) представлена на рисунке 6.5 [21, 22]. По форме она подобна АЧХ каскада с последовательной ООС по напряжению на ОУ (Рисунок 6.1).
Это позволяет определить соотношения для расчета линейных искажений в режиме гармонического сигнала с максимальной амплитудой выходного напряжения , обеспечиваемой ОУ на нижних частотах:
нормированный коэффициент передачи
; (6.25)
нормированную АЧХ
; (6.26)
коэффициент частотных искажений
;
(6.27)
ФЧХ
. (6.28)
характеристики частотной зависимости выходного напряжения для разных уровней выходного напряжения (рис.6.5) подобны диаграммам Боде ОУ и каскада на ОУ с последовательной ООС по напряжению (рис. 6.1).
Снижение
уровня выходного напряжения в
раз относительно максимального уровня
(до
,
рис.6.5) приводит к повышению граничной
частоты
в
раз по сравнению с
.
Это повышение подобно тому, как повышается
при снижении коэффициента усиления
каскада на ОУ при введении последовательной
ООС по напряжению с глубиной
(рис. 6.1).
В
этой связи соотношения, определяющие
частотную зависимость основных линейных
характеристик каскада в режиме большого
сигнала
для уровней выходного напряжения
,
принимают вид:
нормированный коэффициент передачи
; (6.29)
нормированная АЧХ
;
(5.30)
коэффициент частотных искажений
;
(6.31)
ФЧХ
,
(6.32)
где
.
(6.33)
для
заданного отклонения АЧХ от идеальной
на верхней рабочей частоте
.
(6.34)