Расчёт параметров и выбор операционного усилителя.

Расчёт масштабного усилителя следует начинать с выбора типа операционного усилителя. Основные параметры операционного усилителя должны удовлетворять условиям:

1. максимальное выходное напряжение ОУ U_{вых :}

U_вых  1.2U_{m вых. max} = 1.2К₀ U_{m вх,max} =1.2*10³*5*10^-3 = 5 В;

2. Cкорость нарастания выходного напряжения ОУ:

V_{u вых}  2f_вU_{m вых. max} = 2*3.14*5*30*10^-3= 0.942 В/мкс;

3. Допустимое сопротивление нагрузки ОУ(приводится в паспорте на микросхему)

R_{н max}  R_н = 5 кОм;

4. Величина напряжения источника питания U_п  U_вых +2 В = 8 В.

Выберем типовое значение источника питания в 5 В.

U_п = 5 В;

5. Нестабильность коэффициента усиления ОУ К можно определить из следующей формулы

_max, где - температурный дрейф коэффициента усиления равный (0.51.5) %/С, Т_{мах -} максимальный интервал температур

Т_маx = 60 ^оС

К = 0.5*1 %/С*60С = 30 %;

Теперь пользуясь полученными данными, рассчитаем для различных n' (число каскадов в ПУ), начиная с единицы, величину К_R – относительную погрешность коэффициента усиления ПУ, обусловленную неточностью резисторов в цепи ООС и их нестабильностью. Для этого воспользуемся формулой (принимая К=5*10⁴ ):

;

n' = 1 = 2,4 %

n' = 2 = 1,49 %

n' = 3 = 0,994 %

n' = 4 = 0,75 %;

Получаем, что ПУ может быть реализован и на одном каскаде, но при подсчете частоты единичного усиления мы получим следующие результаты:

Переведем коэффициент частотных искажений из дБ в безразмерную величину исходя из формулы М_в(дБ) = 20*lg М_в  М_в  1,023.

Тогда по следующей формуле:

получим, что:

при n=1 f ₁=142 МГц;

n=2 f ₁=6.324 МГц;

n=3 f ₁=2.43 МГц;

n=4 f ₁=1.578 МГц;

Мы видим, что при n=1 величина f ₁ велика для серийно выпускаемых операционных усилителей . Следовательно необходимо выбирать два каскада. Для двух каскадов рассчитаем ток потребления схемы :

Итак, получены следующие параметры необходимые для выбора подходящего ОУ:

U_п =5 В;

U_вых 6 В;

V_{u вых} 0,942 В/мкс;

R_н =5 кОм;

f₁6,324 МГц;

I_пот<=10,94 мА.

Согласно имеющимся справочным данным наиболее подходящий полученным требованиям и требованиям технического задания оказывается усилитель 574УД1Б. Приведём ряд данных по этому усилителю.

Коэффициент усиления К=50*10³;

Напряжение смещения нуля U_см = 25мВ;

Дрейф напряжения смещения U_см/Т = 50мкВ/С;

Входные токи I_вх=0.5нА;

Разность входных токов I_вх = 0.2нА;

Дрейф разности входных токов 0.2нА/С;

Частота единичного усиления f₁ = 10МГц;

Скорость нарастания выходного напряжения V_{u вых} = 50В/мксек;

Коэффициент ослабления синфазного сигнала К_оссф = 60дБ;

Входное сопротивление R_вх =10МОм;

Максимальный выходной ток I_{вых. мах} = 10мА;

Минимальное сопротивление нагрузки R_н.min = 2кОм;

Потребляемый ток I_пот = 8 мА;

Максимальное выходное напряжение U_{вых.мах} = 10В;

Тип корпуса – Металлостеклянный, Габориты корпуса 4.613.5 мм², Размеры монтажной площадки D=3мм, метод герметизации – сварка, металлизация на монтажной площадке.

Схема включения операционного усилителя.

Схема включения операционного усилителя 574УД1Б приведена на рис.1.

Можно видеть, что в цепь включён корректирующий конденсатор С_к, который равен 5пФ в случае, когдаK >6.

₁=40, ₂ =25.В схеме имеется подстрочный резистор, который в нашем случае необходимо включить в последний каскад для устранения погрешностей. В первом каскаде его можно не включать. Для первого каскада схема включения будет выглядеть так: