Министерство Образования рф. Санкт-Петербургский Государственный Электротехнический Университет им. Ульянова (Ленина)

Кафедра САПР

Пояснительная записка к курсовой работе

“Построение усилителя переменного тока на базе операционных усилителей”

Выполнил:

Волох К.А. гр.1321

Руководитель:

Юрков Ю.В.

Спб. 2003 г.

Содержание.

1. Введение 3

2. Техническое задание 4

3. Описание работы 5

4. Методика построения и расчета усилителя 8

5. Построение усилителя 9

6. Расчет усилителя 10

7. Заключение 11

Приложение: Принципиальная схема усилителя (А4)

Введение.

Операционные Усилители позволяют создавать на своей основе основные схемы электроники: усилители, сумматоры, компараторы, инверторы интеграторы и т.д. Основная задача ОУ- усиление сигнала (увеличение амплитуды) с помощью источника опорного напряжения. Основные недостатки ОУ – это нестабильность при повышении температуры, но при этом ОУ потребляют мало энергии, что и определило их использование в различных схемах электроники.

В данном курсовике описана технология построения многокаскадного усилителя на основе ОУ марки К140УД7, изпользуя заданные параметры, для определения свойств усилителя.

Хотелось бы обратить внимание на роль существующего преобразования дискретных и аналоговых сигналов в электронике. Аналоговые сигналы отображают реальную характеристику какого-то процесса и преобразование их в дискретный без потерь практически не возможно, но аналоговый сигнал не удобен в хранении и обработке, не отличается быстродействием, хотя более точен, чем дискретный. Усиление аналоговых сигналов сопровождается серьезным схемотехническими решениями, решающих проблему быстрого преобразования сигнала и т.д.

Техническое задание

Коэффициент передачи по напряжению усилителя 1580

Нижняя граничная частота пропускания усилителя 30 Гц.

Верхняя граничная частота пропускания усилителя 30 кГц.

Входное сопротивление усилителя 20 кОм.

Фазовый сдвиг напряжения на выходе усилителя 0 рад.

Параметры операционного усилителя К140УД7

U_см 7.5 мВ.

I_вх 1.5 мкА.

I_{вх р} 0.5 мкА.

K_{U ОУ} 15 В/мВ.

U_{вых макс} 10 В.

R_{н мин} 2.0 кОм.

f_ср 1.2 МГц.

Описание работы.

Целью работы является построение усилителя переменного тока на базе операционных усилителей типа К140УД7. При построении усилителей переменного тока наиболее распространены схема на базе инвертирующих и схема на базе неинвертирующих усилителей. В техническом задании на курсовую работу описаны основные параметры усилителя, полосы пропускания, входного сопротивления.

На базе ОУ можно выбрать две схемы построения усилителя:

- на базе инвертирующего решающего усилителя

- на базе неинвертирующего решающего усилителя

В первом случае входной ток подключается к “минусу” ОУ, во втором к “плюсу”.

Необходимо обеспечить запас устойчивости усилителя на частотах, не принадлежащих полосе пропускания.

Схема инвертирующего решающего усилителя (РУ), представленная на рис. 1, а.

Рис 1.

Наличие разделительного конденсатора С1 в данной схеме позволяет снизить напряжение покоя U_{ВЫХ 0} усилителя, так как в этом случае действует глубокая обратная связь по постоянному току и U_{ВЫХ 0}, обусловленное действием напря­жения смещения U_СМ среднего входного тока I_ВХ и разности входных токов I_{ВХ. Р}, определяется выражением

Если выбрать

то выходное напряжение покоя перестает зависеть от средне­го входного тока, и выражение для U_{ВЫХ 0} принимает вид

В данной схеме входное сопротивление R_ВХ и коэффи­циент передачи входного напряжения К_U определяются соот­ношениями:

Поэтому при заданных K_U и R_ВХ однозначно определяются сопротивления резисторов R1, R2 и R3.

На рис. 1, б представлены асимптотические ЛАЧХ ОУ и инвертирующего РУ. Частоты f_H и f_B ограничивают участок полосы пропускания f=f_B–f_H. Как видно из рис. 1, б, частота f_B определяется частотными свойствами скорректированного ОУ и глу­биной обратной связи по переменному току и может быть найдена по формуле

Частота f_H связана с параметрами схемы соотношением

В тех случаях когда требуется обеспечить высокое вход­ное сопротивление усилителя переменного тока (более 10⁵ Ом) пользуют неинвертирующий РУ, схема которого приведена на рис. 2, а.

В этой схеме необходимо использовать второй раздели­тельный конденсатор С2, который служит для развязки по постоянному току от источника сигнала, так как этот источ­ник может содержать постоянную составляющую.

Входное сопротивление такого усилителя определяется значением сопротивления резистора R2, равное в свою оче­редь сопротивлению резистора R3. Соблюдение этого условия обеспечивает получение минимального значения U_{вых 0}.

Основные соотношения для расчета данной схемы сле­дующие:

К ак видно, формулы для расчета емкостей конденсаторов С1 и С2 аналогичны, но значение емкости конденсатора С2 увеличено в 10 раз для того, чтобы избежать появления двух близлежащих полюсов передаточной функции K_U(p).

Рис 2.

Если необходимо обеспечить входное сопротивление бо­лее 10⁶ Ом, то ни одна из описанных выше схем не может быть использована, так как не удается получить приемлемые значения U_{вых 0}. В этом случае следует воспользоваться схе­мой, представленной на рис. 2, б.

В отличие от: схемы, представленной на рис. 2, а, здесь резистор R2 включен по переменному току между входами ОУ, которые почти эквипотенциальны. Поэтому переменный ток, протекающий через резистор R2, весьма мал. Для оцен­ки R_вх данной схемы может быть использовано соотношение

где К_U — коэффициент передачи ОУ.

Основные соотношения для расчета данной схемы совпа­дают с (5.9) за исключением условия для выбора сопротив­ления резистора R2. Здесь для минимизации U_{вых 0} необхо­димо обеспечить R3=R1+R2.