Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
"Омский государственный технический университет"
Кафедра "Автоматизированные системы обработки информации и управления"
Курсовой проект
на тему «Дифференциальный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления»
по дисциплине «Электротехника и электроника»
студента Федорова Алексея Борисовича группы АС-223
Пояснительная записка
Шифр проекта: КП – 2068998-43-AC-223-21 ПЗ
Специальность 230102
Преподаватель А.В. Никонов
Студент А.Б. Федоров
Омск 2005 реферат
Пояснительная записка 18 с., 5 рис., 2 табл., 10 источников, 2 л. графического материала.
АНАЛОГОВЫЙ КЛЮЧ, КОМПАРАТОР, МОДЕЛИРОВАНИЕ, РАСЧЕТ ПОГРЕШНОСТЕЙ.
Объектом выполненной работы является широкополосный усилитель-ограничитель.
Цель работы – выбор, проектирование и моделирование широкополосного усилителя-ограничителя с заданными параметрами.
В процессе работы проводились расчеты на структурном уровне, выбор элементов электрической схемы, анализ метрологических характеристик, электрическое моделирование узла схемы.
Основные технико-эксплуатационные показатели: обеспечена возможность тестирования со стороны внешней ЭВМ; выходной сигнал в уровнях ТТЛ ИС.
Степень внедрения – проектирование для учебных целей.
Эффективность определяется пренебрежимо малой погрешностью преобразования сигнала.
СОДЕРЖАНИЕ
РЕФЕРАТ 4
СОДЕРЖАНИЕ 5
ВВЕДЕНИЕ 6
1Выбор и обоснование направления проектирования 7
2Расчёт на структурном уровне 9
2.1Усилитель-ограничитель 9
2.2Генератор гармонического сигнала 9
2.3Аналоговый ключ 9
3Расчет элементов электрической схемы 10
3.1Двухпороговый дискриминатор 10
3.2Генератор с мостом Вина 11
3.3Аналоговый ключ 12
4Электрическое моделирование схемы 13
5Анализ метрологических характеристик 15
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 16
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 17
Введение
Широкополосные усилители-ограничители преобразуют аналоговый сигнал в цифровой код одновременно усиливая его.
Разрабатываемый в данном курсовом проекте широкополосный усилитель-ограничитель предназначается для преобразования и усиления синусоидального сигнала в заданном широком диапазоне частот и определенном динамическом диапазоне сигнала.
Широкополосный усилитель-ограничитель может быть использован во входных устройствах вольтметров, осциллографов, и др. анализирующих устройствах.
При разработке данного широкополосного усилителя-ограничителя нам необходимо обеспечить возможность тестирования работоспособности со стороны внешней ЭВМ. Для чего нам потребуется построить генератор синусоидальных тестовых сигналов. А также обеспечить прием и отправку сигналов с внешней ЭВМ.
-
Выбор и обоснование направления проектирования
Широкополосные усилители классифицируются на [3]:
-
дифференциальный усилитель;
-
симметричный широкополосный усилитель;
-
дифференциальный усилитель с инвертором;
-
двухтактный дифференциальный усилитель;
-
широкополосный повторитель напряжения;
-
широкополосный операционный усилитель.
Широкополосные усилители-ограничители могут быть основаны на различных схемотехнических базисах (ТТЛ, ЭСЛ, КМОП и т.д.), которые отличаются уровнями входного сигнала, быстродействием, потребляемой мощностью и др.
Нам требуется разработать широкополосный усилитель-ограничитель с выходным сигналом в уровнях ТТЛ ИС.
Повторитель напряжения имеет наибольшее входное сопротивление и наименьшее выходное и используется для усиления сигнала по току, коэффициент усиления по напряжению близок к единице. Однако это справедливо при достаточно низкой частоте, поэтому данный тип усилителя нам не подходит [10].
Дифференциальный усилитель представляет собой схему, предназначенную для усиления разности напряжений двух входных сигналов. Диапазон изменения синфазного входного сигнала задает допустимые уровни напряжения, относительно которого должен изменяться входной сигнал [5] (рисунок 1.2).
Рисунок 1.1 – Принципиальная электрическая схема дифференциального усилителя
Из этих вариантов построения широкополосного усилителя был выбран дифференциальный усилитель с использованием двухпорогового дискриминатора ТТЛ ИС (сдвоенного компаратора) [9]. Компараторы имеют широкий диапазон входных сигналов.
Это упрощает построение схемы, поднимает быстродействие, снижает погрешность до пренебрежимо малых величин, так как для построения данной схемы мы будем использовать серийные элементы [4].
Такой способ является наиболее приемлемым для реализации поставленной задачи.
Одним из требований является обеспечение тестового режима работы широкополосного усилителя-ограничителя. Для решения этой задачи используется генератор гармонического сигнала, аналоговый ключ для переключения в режим тестирования и обратно (рисунок 1.3).
Рисунок 1.2 – Функциональная схема широкополосного усилителя-ограничителя