Московский институт электронной техники

КАФЕДРА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

КУРСОВАЯ РАБОТА

Масштабный усилитель

Выполнила: Кедрова Т.

Группа:МП-40

Преподаватель: Ильенков В. Г.

Зеленоград, 2002

Введение.

Прецизионные усилители имеют высокий дифференциальный коэффициент усиления по напряжению, малое напряжение смещения нуля и малый входной ток обычно при низком или среднем быстродействии. Если в спектре входного сигнала имеется постоянная составляющая, то частота равна нулю. В этом случае прецезионный усилитель являетсямасштабнымусилителем .

(Это только в случае идеального усилителя) В реальном усилителе значение нижней граничной частоты дастаточно мало.

Техническое задание.

Необходимо спроектировать усилитель согласно следующим требованиям:

Коэффициент усиления по напряжению К₀ = 10000;

Нестабильность коэффициента усиления К_0, %  2;

Нижняя граничная частота f_н100 Гц;

Верхняя граничная частота, f_в10 кГц;

Коэффициент частотных искажений при М_в 3дБ;

Максимальная амплитуда входного сигнала U_m,вх,max = 2мВ;

Сопротивление источника сигнала R_BX=10кОм10%;

Мощность потребляемая от источника сигнала P_пот=1Вт;

Сопротивление нагрузки R_н = 5кОм;

Диапазон температур T = (0 40)C;

Анализ технического задания.

Так как мы проектируем прецизионный усилитель, то и резисторы, отвечающие за коэффициент усиления каждого каскада должны быть также прецизионными. Конденсаторы, используемые в качестве фильтров, могут иметь достаточно большую погрешность. Согласно техническому заданию коэффициент усиления данного прибора равен 10000. Исходя из этого рационально было бы из возможных вариантов выбрать схему на трех каскадах, т. к. в данном случае номиналы элементов будут иметь стандартные значения. Будем считать, что входное сопротивление мало, это позволит включить первый каскад инвертирующим. Удобно также включить и остальные каскады, т. к. в этом случае схема будет состоять из меньшего числа резисторов и иметь малое значениеU_ОШ.ВЫХ , будет отсутствовать погрешность усиления от синфазного сигнала, в промежуточных каскадах не понадобится большого входного сопротивления.

Расчёт и выбор операционного усилителя.

Расчёт прецизионного усилителя следует начинать с выбора типа операционного усилителя.

Основные параметры операционного усилителя должны удовлетворять условиям:

• максимальное выходное напряжение операционного усилителя U_вых

U  1.2U_{m вых. max} = 1.2К₀ U_{m вх,max} = 1.2*10000*2мВ = 20В;

• скорость нарастания выходного напряжения ОУ:

V_{u вых}  2f_вU_{m вых. max} = 2*3.14*10*10³*2=0, 125В/мс;

• допустимое сопротивление нагрузки

R_{н max}  R_н = 5кОм, R_{н max} приводится в паспорте на микросхему;

• величина напряжения источника питанияU_П  U +2В = 22В. Выберем типовое значение источника питания в 24В.

• переведём также коэффициент частотных искажений из дБ в безразмерную величину

М_в(дБ) = 20*lg М_в  М_в  1.41.

Теперь пользуясь полученными данными, рассчитаем для различных n' (число каскадов в ПУ), начиная с единицы, величину К_R – относительную погрешность коэффициента усиления МУ, обусловленную неточностью резисторов в цепи ООС и их нестабильностью. Для этого воспользуемся формулой

;

Примем типовые значения параметров ОУ К=50000, =1%.

Нестабильность коэффициента усиления ОУ К можно определить из сдующей формулы

_max, где - температурный дрейф коэффициента усиления примерно равный (0.5  1.5)%/С, Т_{мах -} максимальный интервал температур К = 0.5*1%/С*40С = 20%; Рассчитаем сразу и частоту единичного усиления по формуле:

n' = 1 = >=МГц

n' = 2 = >=МГц

n' = 3 =% >=МГц

n' = 4 =%; >=МГц

Выбираем соответствующуюn' = 3 , т.к. при n’=1 и n’=2 у ОУ слишком большая частота единичного усиления. Делая данный усилитель на трех каскадах, значения элементов схемы будут иметь стандартные значения.

Ток, потребляемые ОУ I_пот (величина I_пот приводится в паспорте на микросхему) определяется как

Поскольку требования к потребляемой мощности в техническом задании предъявлены не были, считаем потребляемую мощность равной 1Вт. Тогда

мА

Итак, получены следующие параметры необходимые для выбора подходящего ОУ:

20В; V_{u вых} 0,125 В/мс; R_{н max}5кОм; f₁0.42 МГц; I_пот6,28мА

Согласно имеющимся справочным данным наиболее подходящий полученным требованиям и требованиям технического задания оказывается усилительК1408УД1. Приведём ряд данных по этому усилителю:

Коэффициент усиления К=100*10³;

Напряжение смещения нуля U_см = 5мВ;

Входные токи I_вх=20нА;

Разность входных токов I_вх = 3нА;

Частота единичного усиления f₁ = 0,8МГц;

Скорость нарастания выходного напряж ения V_{u вых} = 2В/мкс;

Коэффициент ослабления синфазного сигнала К_оссф = 80дБ;

Минимальное сопротивление нагрузки R_н.min = 5кОм;

Потребляемый ток I_пот = 4 мА;

Максимальное выходное напряжение U_{вых.мах} = 21В;

Схема включения операционного усилителя.

Рис 1.

Схема включения операционного усилителя K1408УД1 приведена на рис.1.

Усилитель K1408УД1 относится к типувысоковольтныхусилителей.

Большинство типов ОУ рассчитаны на напряжение питания +/-15 В. Некоторые допускают питание от источников вплоть до +/-22 В. Этого недостаточно для управления, например, пьезоэлектрическими преобразователями, для некоторых физических и биологических исследований. Поэтому промышленность производит высоковольтные ОУ, допускающие более высокие питающее и выходное напряжения. К высоковольтным относят операционные усилители, имеющие разность положительного и отрицательного питающих напряжений свыше 50 вольт.