КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

Підготував

Студент ІІ-го курсу групи 2361

Тема: Розробка підсилювача напруги

Мета: Розробка умовного електронного пристрою

Код варіанту: 127517

Зміст

ВСТУП 3

1. ВХІДНИЙ БЛОК 5

1.1 Інструментальний підсилювач. 5

1.2 Розрахунок. 6

1.3 Обчислення похибок диференціальних підсилювачів 7

2. ФУНКЦІОНАЛЬНИЙ ПЕРЕТВОРЮВАЧ 10

2.1 Інтегратор 10

3.1 Підвищення навантажувальної здатності інтегральних операційних підсилювачів. 15

3.2 Розрахунок 17

ДЖЕРЕЛА 20

ВСТУП

Роль електроніки в житті людини

Електроніка більш популярна серед молоді, ніж серед старшого покоління. Зраз вона стала невід'ємною частиною життя кожної людини, що проживає в розвиненій країні. Скрізь, що б не робила сучасна людина починаючи від приготування їжі та закінчуючи прослуховуванням музики — вона тою чи іншою мірою застосовує електронні компоненти або електроніку.

Сьогодні, будь-яка сучасна машина забезпечена різними електронними компонентами не менше, ніж мобільний телефон, ноутбук або кухонна плита. Підлітки та діти застосовують стільникові телефони при першій же можливості: для дзвінків, щоб відтворювати улюблені пісні, знімати відео, відправити SMS або свіжі фото, заходити в соціальні мережі й т. д.

Все більш популярним сьогодні стає Wi-Fi. Сьогодні можна взяти свій смартфон, планшет, нетбук (ноутбук) в кафе з безкоштовним Вай-фаєм, під'єднати свій гаджет до бездротової мережі, пити чай або каву і, одночасно, перевіряти свій e-mail і серфити в глобальній павутині.

Без електроніки сьогодні також неможливо уявити музику. Причому вона потрібна як для відтворення музики, так і для запису. DVD програвачі, MP3 програвачі та стереосистеми є результатом прогресу у сфері електроніки.

Сьогодні завдяки портативним мініатюрним пристроям можна з собою носити величезну кількість улюблених пісень, а також застосовувати Bluetooth навушники, що дає можливість вам насолоджуватися улюбленою музикою і не турбувати оточуючих.

Вельми помітний прогрес електроніки також і в області фотокамер. Нині цифрову фотокамеру може придбати будь-який бажаючий. Мобільні телефони також забезпечені дуже хорошими камерами, за допомогою яких можна знімати відео, робити фотографії, а потім скидати їх на ПК, після чого демонструвати своїм друзям.

Без перебільшення можна сказати, що на електроніці сьогодні засновані тисячі пристроїв, які ми використовуємо у своєму повсякденному житті.

Операційний підсилювач

За принципом дії операційний підсилювач подібний до звичайного підсилювача. Як і звичайний підсилювач, він призначений для посилення напруги або потужності вхідного сигналу. Однак, тоді як властивості та параметри звичайного підсилювача повністю визначені його схемою, властивості та параметри операційного підсилювача визначаються переважно параметрами ланцюга зворотного зв'язку. Операційні підсилювачі виконують за схемою підсилювачів постійного струму з нульовими значеннями вхілногї напруги зміщеного нуля та вихідної напруги. Вони характеризуються також великим коефіцієнтом посилення, високим вхідним та низьким вихідним опорами. Раніше подібні високоякісні підсилючі використовувалися виключно в аналогових обчислювальних пристроях для виконання таких математичних операцій, як підсумовування та інтегрування. Звідси і походить їх назва-операційні підсилювачі.

В даний час операційні підсилювачі виконуються, як правило, у вигляді монолітних інтегральних мікросхем та по своїм розмірам і ціні практично не відвідрізняються від окремо взятого транзистора. Завдяки практично ідеальним характеристикам операційних підсилювачів реалізація різних схем на їх основ виявляється значно простіше, ніж наокремих транзисторах. Тому операційні підсилювачі витісняють окремі транзистори як елементи схем у багатьох областях лінійної схемотехніки.

Щоб визначити, який тип операційного підсилювача підходить для конкретного випадку його застосування, достатньо, як правило, знання їх основних характеристик.

1. Вхідний блок

1.1 Інструментальний підсилювач.

В даній роботі будемо використовувати інструментальний підсилювач, що є покращеною версією диференціального підсилювача.

Удосконалені диференціальні підсилювачі часто називають інструментальними підсилювачами, Такі підсилювачі мають високі вхідні опори на обох входах і забезпечують встановлення заданого коефіцієнта посилення за допомогою одного змінного опору.

Схема диференціального підсилювача, збудованого на двох ОУ і має зазначені якості, показана на рис. 1.1, а. Для цього підсилювача при R₂/ R₃= R₂/ R₃ вихідну напругу можна знайти за формулою

В окремому випадку, коли R₂= R₃= R₄= R₅, відношення набуває вигляду .

Рисунок 1.1 – Схеми інструментальних підсилювачів

Цей підсилювач іноді застосовують без резистора. R₂ ( ), але при цьому він втрачає одне зі своїх позитивних якостей – можливість регулювання коефіцієнта посилення різниці сигналів U­₂ – U­₁ за допомогою одного резистора R₁.

Більш високий коефіцієнт придушення синфазного вхідного сигналу забезпечує диференціальний підсилювач на трьох ОП, схема якого показана на рис. 1.2, б. Резистори R₄-R₇, що входять в цей підсилювач, повинні задовольняти співвідношення . Тоді вихідна напруга визначається простою формулою

У принципі підсилювач за схемою рис. 1.1, б можна замість вхідних підсилювачів, виконаних на основі ОП А1 і А2, встановити повторювачі напруги (це досягається при ). Але при цьому втрачається можливість регулювання посилення за допомогою одного резистора (R₁ у схемі рис. 1.1, б), і крім того, зменшується коефіцієнт придушення синфазного сигналу. У цьому неважко переконатися, якщо знайти напругу на виходах ОП А1 та А2. Відносний рівень синфазної складової цих напруг менше, ніж такий самий рівень для вхідних сигналів U­₁ та U­₂.

1.2 Розрахунок.

Дано сигнал напругою 5 мВ. Його потрибно посилити до 5 В.

Розрахуємо коефіцієнт посилення k_П:

Для посилення використаємо інструментальний підсилювач, на основі операційних підсилювачів ОР07.

Розрахуємо опір резистора R_1­, для цього оберемо номінали резисторів R₄ R₅ R₆ R_7­­, як R_4­ = R₅ = R₆ = R_7­ =100кОм. Тепер підставивши обрані значення, визначимо R1 з формули: , отримаємо результат R₁=200Ом.

Змоделюємо схему підсилювача в програмі Multisim рис. 1.2. Для наочності результату використаємо сигнал змінного струму. Як бачимо підсилення відбувається, підсилювач працює.

Рисунок 1.2 – моделювання в Multisim

1.3 Обчислення похибок диференціальних підсилювачів

Похибки диференціальних підсилювачів визначаються тими самими причинами, як і похибки инвертуючих і не инвертуючих підсилювачів, саме неточністю використовуваних резисторів і неідеальністю операційних підсилювачів і транзисторів. У принципі диференціальний підсилювач можна розглядати як поєднання інвертуючого та неінвертуючого підсилювачів. Тому співвідношення, отримані при аналізі похибок цих підсилювачів часто можуть з деякими змінами використовуватися і для опису похибок диференціальних підсилювачів.

За наступними формулами розразуємо спільну похибку для ЕДС зміщення (e_зм) і вхідних струмів (Δi) значення яких знайдемо на сайті виробника, для вхідного (1) та вихідного (2) каскадів:

ΔU_{вих_1} = 0.03 В

ΔU_{вих_2} = 0.00028 В

Загальна похибка буде являти собою суму похибок вищезгаданих каскадів :

В

Така похибка являється досить великою, особливо якщо ми розробляємо вимірювальний пристрій. Та в нашому завданні, з коефіцієнтом підсилення тисяча, важко досягти малої похибки.

Побудуємо модель в програмі Multisim, та звіримо змодельовані похибки з вище отриманими рис. 1.2. Як бачимо, похибка приблизно збігається.

Рисунок 1.3 – моделювання в Multisim