Cинтез инвертирующего усилителя

 

Техническое задание

1.Коэффициент усиления усилителя с обратной связью: Кос=30

.Входное сопротивление инвертирующего усилителя: Rвх=2000 Ом

.Погрешность, обусловленная нестабильностью сопротивлений резисторов: ?[?R]=3·10-4

.Погрешность, обусловленная нестабильностью коэффициента усиления: ?[?К]=10-5 при ?К/К=0.5

.Погрешность, обусловленная дрейфом нуля операционного усилители: ?[?Uсм]=10-4

.Изменение температуры окружающей среды: ?t=20

Формулы для расчета:

1)

2)

3)

4) , где

Содержание

Введение

1.Выбор схемы инвертирующего усилителя

.Выбор резисторов исходя из аддитивной погрешности

3.Выбор операционного усилителя исходя из аддитивной и мультипликативной составляющей погрешности

4.Принципиальная схема инвертирующего усилителя

4.1 Принципиальная схема блока питания

.2 Принципиальная схема инвертирующего усилителя с блоком питания

Заключение

Список литературы

Введение

Операционные усилители в настоящее время находят широкое применение при разработке различных аналоговых и импульсных электронных устройств. Это связано с тем, что введя цепи операционного усилителя различные линейные и нелинейные устройства, можно получить узлы с требуемым алгоритмом преобразования входного сигнала.

Поскольку все операции, выполняемые при помощи операционных усилителей, могут иметь нормированную погрешность, то к его характеристикам предъявляются определённые требования. Эти требования в основном сводятся к тому, чтобы операционный усилитель как можно ближе соответствовал идеальному источнику напряжения, управляемому напряжением с бесконечно большим коэффициентом усиления. Это означает, что входное сопротивление должно быть равно бесконечности (следовательно, входной ток равен нулю); выходное сопротивление должно быт равно нулю, следовательно, нагрузка не должна влиять на выходное напряжение; частотный диапазон от постоянного напряжения до очень высокой частоты. В настоящее время операционные усилители выполняют роль многофункциональных узлов при реализации разнообразных устройств электроники различного назначения.

В данном проекте мы рассматривали инвертирующий операционный усилитель с отрицательной обратной связью.

Операционным усилителем обычно называют усилитель постоянного тока, имеющий коэффициент усиления по напряжению выше тысячи.

Инвертирующий усилитель - электронный усилитель, "переворачивающий" сигнал (сдвигающий фазу выходного сигнала на 180° относительно входного). Это усилитель, у которого коэффициент усиления с обратной связью задаётся резисторами R2 и R1. Он способен увеличивать сигналы как переменного, так и постоянного тока.

1.Выбор схемы инвертирующего усилителя

Схема инвертирующего усилителя с отрицательной обратной связью:

Рисунок 1 - Базовая схема инвертирующего ОУ с ООС.

Существует так же схема инвертирующего усилителя с Т-образной отрицательной обратной связью

Рисунок 2 - Схема инвертирующего ОУ с Т-образной ООС.

Преимущества схемы представленной на рисунок 1:

малое количество навесных элементов

Недостатки:

все резисторы должны иметь номиналы от 100 Ом до 10 МОм;

большой диапазон сопротивлений (по номиналу), необходимых для получения заданных коэффициентов усиления.

Преимущества схемы, рисунок 2

меньший диапазон сопротивлений, необходимых для получения заданных коэффициентов усиления;

можно использовать резисторы с номиналом больше 10 МОм.

Недостатки:

больше навесных элементов, по сравнению со схемой рисунок 1.

Я выбираю схему, представленную на рисунке 1, так как R1 =2000 Ом ( по техническому заданию)

Зная выражение для Kос данной схемы, подставим в него значения и определим нужный нам номинал резистора R2. Учитывая, что R1 = Rвх.

Отсюда

Исходя из этого, данная схема нам подходит.

2.Выбор резисторов исходя из аддитивной погрешности

Исходя из формулы погрешности от нестабильности резисторов, приведенной ниже, выведем формулу для расчёта температурного коэффициента сопротивления (ТКС) и подсчитаем его.

Для уменьшения погрешности, от нестабильности сопротивлений резисторов - используем резисторы одного типа.

Я выбираю резисторы, у которых ТКС меньше рассчитанного. Поэтому я выбираю резисторы типа С2-29В. Это постоянные непроволочные прецизионные резисторы изолированного и неизолированного исполнения, предназначенные для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного токов. Их ТКС = ± 5·10-6,1/°С. Номиналы соответствуют номиналам из ряда Е192 и Е24 таблицы номинальных значений резисторов. Так как нет резистора R2, с номиналом 60кОм, я составлю R2 из двух последовательно соединенных резисторов (R2,1 = 59кОм, R2,2=1кОм)

Схема примет вид:

Рисунок 3 - Схема инвертирующего ОУ с ООС.

3.Выбор операционного усилителя исходя из аддитивной и мультипликативной составляющей погрешности

Тип операционного усилителя выбираем в два этапа:

1) Исходя из мультипликативной составляющей погрешности нестабильности коэффициента усиления, находим коэффициент усиления k. Воспользуемся формулой:

Чтобы удовлетворить этот параметр выбираем ОУ, у которого коэффициент усиления больше, чем рассчитанный. Нам подходит усилитель 153УД5А k>1000 тыс. Он представляет собой прецизионный малошумящий операционный усилитель с большим коэффициентом усиления и подавления синфазной составляющей, низкими дрейфом напряжения смещения нуля и чувствительностью к изменениям напряжения питания.

) Рассчитываем температурный коэффициент напряжения смещения нуля (ТКU), исходя из аддитивной погрешности:

где напряжение источника питания мы берём из справочника для выбранного усилителя. . Тогда

У выбранного ОУ 153УД5А ТКU составляет 5мкВ/°С, а это значение значительно меньше, чем рассчитанное. Значит, выбранный усилитель подходит нам по всем параметрам.

4.Принципиальная схема инвертирующего усилителя

4.1 Принципиальная схема блока питания

Схема блока питания состоит из нестабилизированного источника питания и стабилизатора напряжения. Нестабилизированный источник питания состоит из понижающего трансформатора, содержащего в первичной обмотке предохранитель для защиты схемы от перегрузки. Электролитические конденсаторы для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения. При расчете и выборе операционного усилителя я выбрала стабилизатор напряжения на основе К142ЕН6, т.к. Uпит ОУ типа 153УД5А равно ± 15 В, а выходное напряжение стабилизатора К142ЕН6 равно ± (15 ± 0,3) В, то данный стабилизатор удовлетворяет техническим требованиям. Параметры стабилизатора напряжения типа К142ЕН6:

Uвых = ± (15±0,3) В

Iн = 0,2 A

Uвх.max= ±30 B

Kст = 0,002 %/B

KнI = 0,2 %

TKUвых = 0,02 %/К

Iпотр = ±7,5 мА

Рисунок 4 - Принципиальная схема блока питания

4.2 Принципиальная схема инвертирующего усилителя с блоком питания

инвертирующий усилитель погрешность аддитивный

На основе выбранных нами элементов и блока питания строим принципиальную схему инвертирующего усилителя.

Рисунок 5 - Принципиальная схема инвертирующего ОУ с ООС и блоком питания.

Заключение

В данном курсовом проекте разработан, исходя из технических условий, инвертирующий усилитель на базе ОУ типа 153УД5А и блок питания к данному инвертирующему усилителю на базе стабилизатора напряжения типа К142ЕН6 с Кст = 0,002 %, что обеспечивает хорошую стабилизацию напряжения питания ОУ.

Список литературы

Гутников В. С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. - Л. : Энергоатомиздат, 1988 г.

Резисторы: Справочник. Под редакцией И. И. Четвертакова - М. : энергоиздат, 1981 г.

Нестеренко Б. К. Интегральные операционные усилители : Справочное пособие по применению. - М. : Энергоиздат, 1982 г.

Техническое задание 1.Коэффициент усиления усилителя с обратной связью: Кос=30 .Входное сопротивление инвертирующего усилителя: Rвх=2000 Ом .Погреш

Больше работ по теме: