3.2. Підсилювач похибки неузгодженості

На рис. 4.2 зображена схема підсилювача неузгодженості і зв'язаних з ним ланцюгів – дільника вихідної напруги та джерела опорної напруги.

Рис. 4.2.

Підсилювач неузгодженості (ПН)сформований на основі операційного підсилювача DA за схемою диференціального підсилювача [12]. При

R7 = R8 і R9 = R10

коефіцієнт підсилення визначається виразами:

Ку = R10 / (R7 +Rвих діл) = R9 / (R8 + Rділ ст),

(4.3)

де R_{вих діл,} R_{діл ст} – еквівалентні опори дільників вихідної напруги і напруги стабілізатора.

Вираз (4.3) правомірний при рівності еквівалентних опорів дільників, або коли

R7  Rвих діл; R8  Rділ ст .

(4.4)

Задаючи струм вихідного дільника I_діл можна визначити загальний опір вихідного дільника:

R1 + R2 + R3 = Uн / Iділ.

(4.5)

Виходячи з необхідності забезпечення заданого діапазону регулювання вихідної напруги з врахуванням можливого розсіяння номіналів елементів, вибираємо співвідношення опорів дільника і визначаємо опір кожного резистора [8]. Якщо

Iділ Uн мак  0,45  0,5 Вт,

те потужність резисторів береться рівним 0,125 Вт. Інакше значення номінальної потужності уточнюється відповідно до виразу (3.10).

Середнє значення вихідного опору вихідного дільника напруги і середнє значення його вихідної напруги:

; .

(4.6)

Вибираємо основний елемент джерела опорної напруги – стабілітрон [6] і наводимо його параметри, які необхідні для наступних розрахунків. Напруга на резисторі R6 повинна дорівнювати U_{вих діл}. Для цього необхідно, щоб

,

(4.7)

де U_ст – номінальна напруга стабілізації стабілітрона, який був обраний.

З іншого боку, вихідний опір ІОН повинен дорівнювати вихідному опору дільника, тобто:

R5 R6 / (R6 + R5) = Rвих діл .

(4.8)

З останніх виразів маємо:

R5 = Rвих діл / р; R6 = Rвих діл / (1 – р).

(4.9)

Струм дільника (R5 R6) напруги стабілітрона

Iділ ст = Uст / (R5 + R6)

(4.10)

Задавши струмом стабілітрона I_ст, маємо:

R4 = (Uн – Uст) / (Iст + Iділ ст) .

(4.11)

З урахуванням нерівності (4.4) вибираємо опори R7 = R8, а потім визначаємо

R9 = R10 = R7 * Кп.

(4.12)

Після обчислення опору кожного з резисторів робимо уточнення його номіналу по опору [8] і потужності (вир. (3.10)). Якщо значення опору входить у наступні обчислення, то в них використовується його номінальна величина.

Вибираємо інтегральний операційний підсилювач [10  13] і наводимо його параметри, що обґрунтовують правомірність його використання. ОП повинний допускати живлення від вихідної напруги стабілізатора і застосування розрахованих резисторів [7].

4.3. Генератор напруги, що лінійно змінюється

На рис. 4.3 зображена схема генератора напруги, яка має трикутний вид. Це один із двох видів ГЛЗН, які розглянуті у другий контрольний роботі методичних указівок [7]. Студент може використати інший тип генератора. Необхідно тільки, щоб він відповідав наступним вимогам:

• забезпечував необхідну амплітуду напруги з нелінійністю не більш 1 – 2%;

• був здатний виконувати свої функції при живленні від однієї з напруг стабілізатора (вихідної або вхідної);

• постійний рівень вихідної напруги повинен бути рівним напрузі підсилювача похибки неузгодженості.

Дані вимоги досить просто виконати на запропонованому ГЛЗН. Для цього необхідно вибрати відповідний тип ОП і задатися величиною вихідної напруги меншої половини використовуваної напруги живлення. Як операційний підсилювач може бути використаний підсилювач, тип якого був визначений у попередньому розділі.

Генератор, який далі розглядається, має два операційні під­силювача, перший з яких виконує функції компаратора, другий – інтегратора. ПотенціометрR4 призначений для регулювання амплітуди вихідного трикутного сигналу, R5 – частоти проходження.

Рис. 4.3.

Прив'язка вихідної напруги генератора до середнього рівня напруги підсилювача неузгодженості реалізована дільником із двох резисторів R1 і R2, приєднаних до вихідної напруги стабілізатора. Їхні опори повинні відповідати виразу:

,

(4.13)

де U_{вих діл} – напруга на виході дільника, яка визначена в попередньому розділі;

U_жив – напруга живлення мікросхем генератора.

При виборі номіналів опору резисторів необхідно забезпечити, щоб струм дільника значно перевершував вхідний струм ОП, а потужності, що ними повинні бути розсіяні, не перевершували 0,125 Вт.

Опори резисторів, які підключені до виходу компаратора, з одного боку, є його навантаженням, з іншого боку - визначають тривалість часу перезаряда ємності. Мінімальна величина опору буде визначатися опором R6, коли потенціометр R5 буде виведений на нуль.

R6  Rнав ОП,

(4.14)

де R_{нав ОП} – мінімальний опір навантаження обраного типу ОП (довідкове значення).

Введемо коефіцієнт

 = Uамп / U,

(4.15)

де U – зміна напруги на виході компаратора, яка звичайно на декілька вольт менша, ніж напруга, що використана для його живлення.

Введений коефіцієнт визначає відношення резисторів у ланцюзі зворотного зв'язку, що охоплює операційні підсилювачі:

 = R7 / (R3 + R4),

(4.16)

а тому на його основі визначають номінальні опори резисторів. Причому ці опори повинні бути досить великими, щоб не створювати додаткового навантаження на ОП

Тривалість періоду проходження трикутних імпульсів генератора:

Т = 1 / f.

(4.17)

Вона визначається обраними номіналами резисторів R5 та R6, а також ємністю конденсатора С. Опір R5 візьмемо рівним приблизно 0,2 R6, що дозволить змінювати частоту проходження імпульсів в межах 10%. Якщо вважати, що задане в ТЗ значення частоти повинне бути отримане при середньому опорі змінного резистора R5, то:

С = Т / [2  (R6 + 0,5 R5)].

(4.18)

Вибираємо конденсатор [9]. При обраних номіналах струм перезаряда ємності

IС = U / (R5 + R6)

(4.18)

повинний бути значно більшій вхідних струмів ОП.