4.6.2 Расчет операционого усилителя

Наиболее простым является синтез схемы на базе операционных

усилителей (ОУ). В курсовом проекте следует обратить внимание на ряд

проблем, возникающих при таком подходе:

1. Полезный сигнал о стабилизируемой температуре снимается с выводов 1 и 2 резисторной мостовой схемы (рис. 4.6.4).

Предположим, что R1 = R2 = R3 = R4, мост сбалансирован и в точках 1 и 2

будут равные напряжения U₁=U₂= 2,5В.

Если эти напряжения с помощью дифференциального усилителя вычесть, то в идеальном случае Uвых = 0 .

Рисунок 4.6.4 – Дифференциальный усилитель

Но реальная схема дифференциального усилителя будет ослаблять синфазный сигнал значительно меньше величины КОСС из–за непостоянства температуры резисторов R₅ – R₈ и непостоянства R_вых моста (R₂ ¹ const ), и особенно самого задатчика.

2. Учет входных токов ОУ.

При слабых входных сигналах следует учитывать ошибку из–за I_вх ОУ.

Рассмотрим простейший пример усилителя (рис. 4.6.5).

Рисунок 4.6.5 – Инвертирующий усилитель

В схемотехническом плане имеется удачная схема усилителя, которая приводится на рис. 4.6.6.

Так как сигнал от задатчика очень мал , то необходимо усиление этого сигнала. Наиболее простым усилителем является усилитель на базе операционных усилителей (ОУ).

Для нормальной работы усилителя на ОУ, необходимо учитывать, что отношение . Это отношение зависит от коэффициента ослабления синфазного сигнала () ОУ, который приводится в справочных данных ОУ. Исходя из этого следует к выходу мостовой схемы подключать ОУ с как можно большим.

Второй проблемой усилителя на ОУ являются входные токи ОУ. При слабых входных сигналах следует учитывать ошибку из-за . При,обеспечивается за счет напряжения. В результате полезный сигнал на выходе получается в несколько раз меньше помехи. Это влияниеможно ослабить, если взять несколько ОУ с малым значением. Эта схема имеет недостаток – наличие внешних резисторов, что приводит реально к значительно меньшему ослаблению синфазного сигнала из-за непостоянства от температуры резисторов.

Рисунок 4.6.6 - Дифференциальный усилитель

Для снятия сигнала с моста применим дифференциальный усилитель. Он позволит снизить синфазную помеху практически до 0, так как R4 = R6, R3 = R7, R8 = R9.

(4.6.17)

Примем прецизионными: R₄, R₆ с номиналом 4,5 кОм и R₈, R₇ с номиналом 10 кОм, обычные резисторы: R₃ = 1кОм, остальные – с номиналом 5,1 кОм. При этом коэффициент усиления составит:

Необходимый коэффициент усиления можно найти как:

(4.6.18)

Необходимо поставить добавочный усилитель, с коэффициентом усиления 3500/10=350. Таким образом, так как усилитель двухкаскадный К_у1,2 = 59,16. Два каскада необходимо для соблюдения знака управляющего сигнала, получить коэффициент усиления 3500 на дифференциальном усилителе нежелательно, так как возможно самовозбуждение каскада.

Рисунок 4.6.7 – Инвертирующий усилитель

Произведём расчет одного каскада инвертирующего усилителя:

(4.6.19)

Зададимся R₁ = 1 кОм, тогда при К_у = 59,16:

Примем R₂ = 60 кОм. Расчёт второго каскада выполнен аналогично. R₃ = 1 кОм, R₄ = 59,16 кОм . R₅, R₆ служат для более устойчивой работы усилителя, и равны 10 кОм.