Методические указания к практическим работам, курсовому и дипломному проектированию.

Проектирование усилителей на ОУ.

Три, наиболее часто используемые на практике, схемы усилителей на ОУ, показаны на Рис.1. На Рис.1а инвертирующий усилитель переменного тока, но он легко превращается в УПТ исключением конденсаторов и . На Рис.1б,в показаны соответственно усилитель переменного тока и УПТ неинвертирующие.

Резистор R3 практически не оказывает влияния на усилительные свойства схемы и имеет задачу устранения влияния входного тока, поляризующее ОУ по постоянному выходному напряжению.

Исходные данные при проектировании:

- коэффициент усиления по напряжению на средних частотах -

- необходимое mах неискаженное выходное напряжение (эффективная величина)

- величина внутреннего сопротивления источника сигнала

- величина сопротивления нагрузки

- нижняя и верхняя граничная частота , и частотные искажения при . Для расчета и необходимо выбрать из табл.1.

Табл.1.

	дБ	-0,1	-0,2	-0,5	-1	-2	-3
%	1,15	2,28	5,59	10,9	20,6	29,2
	1,48	1,04	0,653	0,456	0,312	0,247

Для схем Рис.1а, б задают входное сопротивление усилителя . При проектировании УПТ по схеме 1а (без и ) и Рис.1в нет необходимости задавать , , .

Проектирование инвертирующего усилителя (Рис.1а):

Последовательность работы одна для УПТ и усилителя переменного тока.

Сначала выбираем ОУ с коэффициентом широкополосности

[1]

и максимально допустимым двойным напряжением питания.

[2]

Необходимо иметь ввиду, что у ОУ с внешними цепочками частотной коррекции GB зависит от величины элементов в этих цепочках, которые в свою очередь зависят от К. Если ОУ выбран, то из его паспорта берут:

- min коэффициент усиления без ОС ,

- min входное дифференциальное сопротивление ,

- max выходное сопротивление .

Находим сопротивление R1:

[3]

- округляем до большей стандартной величины.

[4]

- округляем.

Определяем величину R3, которую для усилителя переменного тока выбираем равную R2, а для УПТ вычисляют по формуле

[5]

При необходимости достижения min величины постоянного выходного напряжения требуется эксперимент для уточнения R3.

Вычисляем величину емкостей и :

[6a]

[6б]

- где - взять из Табл.1

Выбираем двойное напряжение питания [7]

Лучше брать за и номинальную величину или напряжение питания, которым располагаем, не превышающее мах допустимое.

Определяем выходной импеданс схемы:

[8]

где обыкновенно = 1 кГц или другая частота, на которой важно знать . Для УПТ второй член отсутствует.

При работе ОУ с цепочками частотной коррекции определим величину элементов этих цепочек.

§ при [рФ]; [пФ]; [9a]

§ при [пФ]; C₂=3пФ; (при ) или (для ) [9б]

Элементы частотной коррекции показаны на Рис.2.

Проектирование неинвертирующего усилителя переменного тока (Рис.1б):

Проектирование начинается с выбора ОУ как и для Рис.1а.

Вычисляем R3:

- округляем до большей стандартной величины [10]

Вычисляем величину R1:

- и округляем [11]

Вычисление емкостей и производится как и для Рис.1а по [6], только вместо R1 подставляем R3. Выбираем напряжение питания и определяем выходной импеданс по формуле [8]. Если необходимо, то вычисляем величины элементов частотной коррекции по формулам [9a,б].

Проектирование неинвертирующего УПТ:

Начинаем с выбора ОУ.

Выбираем величину R₂; она не должна превышать 2 мОм.

Вычисляем R₁ и R₃:

[13];

[14]

Если получим R3<0, то выбираем большее R2 и повторяем вычисления.

Вычислим входное сопротивление схемы

[15]

Выбираем напряжение питания в соответствии с [7] и вычисляем выходное сопротивление схемы:

[16]

После этого вычисляем цепи частотной коррекции.

Практические особенности:

1. Схемы Рис.1аб предпочтительней реализовать для усилителей переменного тока с коэффициентом усиления >1000. Для УПТ К<200.
2. При реализации УПТ предпочтительней схема с установкой нуля постоянного выходного напряжения, особенно когда выходной сигнал поступает на другой УПТ и во всех случаях, когда .
3. Для установки нуля и необходимости получения min постоянного выходного напряжения необходимо экспериментально изменять R3.
4. При недостаточно хорошем источнике питания и большом К(>1000) возможно самовозбуждение на низкой частоте. Для этого необходимо между выводами питания и земли поставить керамический или слюдяной конденсатор емкостью несколько десятков нФ.
5. Такие же конденсаторы необходимы и в цепях коррекции.
6. Наличие емкостной нагрузки на выходе (>10пФ) приводит схему к самовозбуждению. Самовозбуждение можно избежать, увеличив величину емкости в цепях частотной коррекции.
7. При усилении сигнала от высокоомного источника предпочтительней использовать неинвертирующий УПТ (Рис.1в), т.к. она единственная из трех схем имеет большое входное сопротивление. Но это возможно, если источник сигнала осуществляет гальваническая связь входа ОУ с землей.

Пример. Проектируем усилитель переменного тока инвертирующий. =50, =5 В, =5,1 кОм, =2 кОм, =20 Гц, =100 кГц, =-1 дБ, =10 кОм.

Используя [1] [9а], получаем

R1=10 кОм, R2=750 кОм, R3=750 кОм, =1,52 F, =11,4 F

Выбираем =15 В, =10,6 Ом (при =1 кГц)

С1=120 пФ, С2=7 пФ, =1,5 кОм. Схема по Рис3.

Таблица вариантов:

Последняя цифра по списку группы

Вариант
Схема	Инв. усил	Не инв. усил.	Инв.УПТ	Не инв. УПТ	Инв. усил	Не инв. усил.	Инв.УПТ	Не инв. УПТ	Инв. усил	Не инв. усил.
К
Uвых В
RГ кОм										4,7
RН кОм	2,2	2.4	2.7		2,7	2,4	2,2		2,2	2,4

Первая цифра по списку группы

Вариант
FН Гц
FВ кГц
MН дБ	-0,5	-1	-2
RВХ кОм

Литература:

1. Изъюрова Г.И., Расчёт электронных схем, - М., Высшая школа, 1987г.

2. Полонников Д.Е., Операционные усилители, - М., Энергоатомиздат, 1983.

3. Шило В.Л., Линейные интегральные схемы, - М., Советское радио, 1974.

Дата добавления: 2015-07-20