Белорусский Государственный Университет

Информатики и Радиоэлектроники

Кафедра Радиотехнических Устройств

Пояснительная записка к курсовому проекту

«Операционный микроэлектронный усилитель»

Выполнил ст. гр. 942802 Воронцов М.А.

Проверил Бригидин А.М.

Минск 2012

Содержание

Минск 2012 1

Введение. Постановка задачи 3

Задачей данного курсового проекта является расчет ОУ с защитой от ко­роткого замыкания с оптимально скорректированной амплитудно-частотной ха­рактеристикой на основе данных, установленных техническим заданием. 3

1. Выбор и обоснование структурной и принципиальной схем ОУ 4

2. Расчёт принципиальной схемы ОУ 6

2.1 Последовательность расчёта 7

2.2 Расчёт эмиттерного повторителя 8

2.3 Расчёт дифференциального усилителя 12

2.4 Расчёт формирователя амплитуды 16

3. Расчёт параметров амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик и элементов их коррекции 20

4. Принципиальная схема ОУ и особенности ее практической реализации 27

5. Перечень элементов (компонентов) к принципиальной схеме 28

Заключение 30

Список использованных источников информации 31

Введение. Постановка задачи

Операционный усилитель представляет собой усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и, как правило, единственным выходом, имеющий высокий коэффициент усиления. ОУ почти всегда используются в схемах с глубокой отрицательной обратной связью, которая, благодаря высокому коэффициенту усиления ОУ, полностью определяет коэффициент передачи полученной схемы.

В настоящее время ОУ получили широкое применение как в виде отдельных чипов, так и в виде функциональных блоков в составе более сложных интегральных схем. Такая популярность обусловлена тем, что ОУ является универсальным блоком с характеристиками, близкими к идеальным, на основе которого можно построить множество различных электронных узлов.

Операционный усилитель изначально был спроектирован для выполнения математических операций (отсюда его название), путём использования напряжения как аналоговой величины. Такой подход лежит в основе аналоговых компьютеров, в которых ОУ использовались для моделирования базовых математических операций (сложение, вычитание, интегрирование, дифференцирование и т.д.). Однако идеальный ОУ является многофункциональным схемотехническим решением, он имеет множество применений помимо математических операций.

Обычно операционный усилитель имеет три основных функциональных блока: дифференциальный усилитель, формирователь амплитуды и эмиттерный повторитель.

Задачей данного курсового проекта является расчет ОУ с защитой от ко­роткого замыкания с оптимально скорректированной амплитудно-частотной ха­рактеристикой на основе данных, установленных техническим заданием.

1. Выбор и обоснование структурной и принципиальной схем оу

На сегодняшний день ОУ проектируются в основном по двухкаскадной схеме, содержащей два каскада усиления и эмиттерный повторитель (ЭП). Ко­эффициент передачи по напряжению каждого из каскадов составляет примерно 300-1000, а ЭП – немногим меньше единицы. В связи с этим общий коэффици­ент передачи ОУ без ООС обычно находится в интервале от 10⁵до 10⁶(100 — 120дБ).

ОУ обычно включает в себя следующие функциональные узлы независи­мо от степени сложности принципиальной схемы (рис. 1): дифференциальный усилитель, формирователь амплитуды, двухтактный эмиттерный повторитель.

Рисунок 1. Модель ОУ

Схема ДУ, изображённая на рисунке 2, применяется в большинстве современных ОУ. Её немаловажным достоинством является отсутствие так на­зываемого эффекта Эрли (эффекта модуляции ширины базовой области) тран­зисторов дифференциальной пары, проявляющего себя в базовой схеме ДУ из-за разных величин коллекторных напряжений при балансе.

Рисунок 2. Принципиальная схема дифференциального усилителя

Вторым каскадом операционного усилителя является формирователь (усилитель) амплитуды (рис. 3), который практически не отличается от анало­гичного каскада базовой модели ОУ. Он выполнен на ТС, в качестве которой работают транзисторы Т13 и Т15, и ДТС на транзисторах Т12 и Т14 в качестве динамической нагрузки.

Рисунок 3. Формирователь амплитуды	Рисунок 4. Эмиттерный повторитель

Третий каскад ОУ – двухтактный эмиттерный повторитель со схемой за­щиты от случайных коротких замыканий (КЗ) нагрузки (рис. 4). Второй каскад ЭП является двухтактным, работающим в режиме класса В с параллельным воз­буждением однофазным напряжением.

В выбранной нами схеме ОУ также осуществляется автоматическое со­гласование по постоянному току выхода формирователя амплитуды и входа ЭП. Так, в статическом режиме при сбалансированном ДУ потенциал на выхо­де ЭП отсутствует, и это позволяет соединять выход ОУ с инвертирующим вхо­дом ДУ непосредственно, либо через элементы отрицательной обратной связи (ООС) без нарушения его режима работы.