Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

Школа: Инженерная школа энергетики (ИШЭ)

Направление: 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника

Подразделение: Отделение электроэнергетики и электротехники (ОЭЭ)

Электроника 2.1

ИДЗ №1 " Расчет параметров инвертирующего и неинвертирующего усилителей"

Вариант 11

Выполнил студент гр. ^{(Дата, подпись) (Ф.И.О.)}

Проверил: к.т.н., доцент Чернышев Игорь Александрович

^{(Степень, звание, должность) (Дата, подпись) (Ф.И.О.)}

Томск 2025 г

Оглавление

Задание 1. 3

Решение задания 1 3

Вывод по заданию 1 9

Задание 2 9

Решение задания 2 10

Вывод по заданию 2 14

Задание 1.

Рассчитать параметры инвертирующего усилителя (рис. 1), выполненного на операционном усилителе, который обеспечивает коэффициент усиления по напряжению при сопротивлении нагрузки . Для расчетов принимаем

Рисунок 1 – Схема инвертирующего усилителя.

Решение задания 1

Промышленность выпускает различные типы операционных усилителей, каждый из которых разрабатывается под конкретные изделия. Наиболее простыми являются ОУ марки К140УД6, К140УД7, К1410УД20. Для выполнения инвертирующего усилителя выбираем ОУ марки К140УД6, который имеет следующие основные параметры:

Условные обозначения параметров операционного усилителя:

напряжение источника питания положительной полярности;

напряжение источника питания отрицательной полярности;

максимальный допустимый ток операционного усилителя;

входной ток операционного усилителя;

разность входных токов;

напряжение смещения;

входное сопротивление;

максимальное выходное напряжение положительного уровня;

максимальное выходное напряжение отрицательного уровня;

коэффициент усиления напряжения;

частота единичного усиления;

скорость изменения выходного напряжения.

Значение сопротивления резистора при заданной нагрузке определяем из условия ограничения выходного тока операционного усилителя на допустимом уровне:

Решим уравнение (1) относительно сопротивления :

Подставив в (2) численные значения параметров, получим

Для ограничения выходного тока операционного усилителя увеличиваем в 10 раз.

Сопротивление резистора R2 выбираем из ряда номинальных значений Е24: 1; 1,1; 1,2; 1,3; 1,5; 1,6; 1,8; 2; 2,2; 2,4; 2,7; 3; 3,3; 3,6; 3,9; 4,3; 4,7; 5,1; 5,6; 6,2; 6,8; 7,5; 8,2; 9,1.

Принимаем

Определим мощность резистора . Для этого найдем максимальный ток, протекающий по резистору :

Подставив численные значения параметров в (3), имеем

Тогда мощность резистора :

или после подстановки численных значений параметров

Промышленность выпускает резисторы стандартного ряда мощностей: 0,01; 0,025; 0,05; 0,062; 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2; 5; 10; 16; 25; 50; 100; 250; 500.

С учетом стандартного ряда мощностей выбираем резистор R2 типа МЛТ –

Коэффициент усиления инвертирующего усилителя определяется в

соответствии с выражением

Решая (5) относительно , получим

После подстановки численных значения параметров:

Сопротивление резистора R1 выбираем из ряда номинальных значений Е24:

Определим мощность резистора . Для этого из (5) найдем максимальное входное напряжение:

Тогда

и

С учетом численных значений параметров

Из ряда стандартных мощностей выбираем резистор типа МЛТ –

С целью уменьшения токов и напряжений сдвигов в схему (рис. 1) включают резистор . Резистор выбирают из условия равенства входных сопротивлений по инвертирующему и неинвертирующему входам операционного усилителя

Подставив найденные значения сопротивлений и в (6), получим

Сопротивление резистора R3 выбираем из ряда номинальных значений:

Так как операционный усилитель охвачен обратной связью и по входным цепям не потребляет тока, то мощность резистора R3 мала. Выбираем резистор типа МЛТ –

В соответствии с выражением (5) проведем проверку коэффициента усиления инвертирующего усилителя

Погрешность вычислений находим по выражению

С учетом найденного значения определяем величину

Погрешность не превышает 5%, поэтому найденные значения резисторов можно считать приемлемыми.

Правильность нахождения параметров инвертирующего усилителя проверим с помощью программы Multisim.

Схема инвертирующего усилителя в программе Multisim показана на рис. 2. Показания осциллографа показаны на рис. 3.

Рисунок 2 – Схема инвертирующего усилителя в программе Multisim.

Рисунок 3 – Показания осциллографа.

Из осциллограммы мы видим, что при входном напряжении выходное напряжение .

Тогда коэффициент усиления равен: