Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Практическое занятие № 3. Расчет электронных устройств на основе операционных усилителей



Задача 1. Расчёт инвертирующего усилителя низкой частоты на базе операционного усилителя.

На основе заданного операционного усилителя разработать схему инвентирующего усилителя низкой частоты с коэффициентом усиления Кu и минимальным входным напряжением Uвхmin=(5 мВ – группа №1; 10 мВ – группа №2; 15 мВ – группа №3; 20 мВ – группа №4). Исходные данные приведены в таблице 3.1. Определить максимальное входноенапряжение синусоидального сигнала Uвхmax, при котором не будет значительных искажений выходного сигнала. Описать работу схемы, осуществить моделирование её работы при Uвхmin< Uвх1 < Uвхmax и Uвх2 > Uвхmax.

Таблица 3.1 – Исходные данные к задаче 1

 

Номер варианта Тип операционного усилителя Ku
КР140УД7 (μ A741CD)
КР140УД11 (LM318N8)
КР140УД14 (LM308AM8)
КР1408УД1 (LM343H)
КР140УД18 (LF355BN)
К140УД10 (LM118P)
КР140УД7 (μ A741CD)
КР140УД11 (LM318N8)
КР140УД14 (LM308AM8)
КР1408УД1 (LM343H)
КР140УД18 (LF355BN)
К140УД10 (LM118P)
КР140УД7 (μ A741CD)
КР140УД11 (LM318N8)
КР140УД14 (LM308AM8)
КР1408УД1 (LM343H)
КР140УД18 (LF355BN)
К140УД10 (LM118P)
КР140УД7 (μ A741CD)
КР140УД11 (LM318N8)
КР140УД14 (LM308AM8)
КР1408УД1 (LM343H)
КР140УД18 (LF355BN)
К140УД10 (LM118P)
КР140УД7 (μ A741CD)
       

 

 

Окончание таблицы 3.1

КР140УД11 (LM318N8)
КР140УД14 (LM308AM8)
КР1408УД1 (LM343H)
КР140УД18 (LF355BN)
К140УД10 (LM118P)
КР140УД11 (LM318N8)
       

Пример решения задачи 1. Вариант 31

 

Параметры операционного усилителя КР140УД11 (аналог LM318N8) (приложение Е):

– номинальное напряжение питания Uпит ном=±15 В;

– коэффициент усиления Ku ОУ=30000;

– максимально допустимое выходное напряжение Uвыхmax=12 В;

– разность входных токов Δ Iвх=0, 2 мкА;

– входное сопротивление Rвх=0, 4 МОм;

– минимальное сопротивление нагрузки RН min=2 кОм.

 

Разработанная схема инвертирующего усилителя низкой частоты приведена на рисунке 3.1 (цепи балансировки нуля – NC и частотной коррекции – FC не используются). Принцип ее работы описан в [2].

 

 

Рисунок 3.1 – Схема инвертирующего усилителя на ОУ КР140УД11

 

Для инвертирующего усилителя на ОУ входное сопротивление Rвх= R1. Чтобы не загружать источники сигнала, величину R1 желательно иметь большой. Но падение напряжения на R1 от разностного тока Δ Iвх воспринимается усилителем как сигнал. Чтобы отстроить эту помеху от полезного сигнала, надо иметь Δ Iвх·R1 значительно меньше, чем Uвхmin.

 

кОм > > R1.

 

Принимаем из стандартного ряда Е24 (приложение В)R1 = 5, 1 кОм, тогда

Δ Iвх·R1 = 0, 2·5, 1= 1 мВ < < Uвхmin= 10 мВ.

 

Сопротивление обратной связи

 

R2 =Ku·R1= 20·5, 1 = 102 кОм.

 

Принимаем R2 =100 кОм.

Для уравнивания входных токов ОУ по обоим входам в цепь неинвертирующего входа включают резистор R3:

 

кОм.

 

Принимаем R3 =4, 7 кОм.

Амплитуда выходного сигнала не может быть больше максимального выходного напряжения (для данного типа ОУ – 12 В). Поэтому действующее значение максимального входного синусоидального сигнала составит:

 

В.

 

Модель инвертирующего усилителя на ОУ в среде Multisim (файл «Усилитель на ОУ.ms11») приведена на рисунке 3.2. Результаты моделирования при напряжении, не превышающем Uвхmax: Uвх=0, 2 В; Uвых=3, 92 В.

Коэффициент усиления

 

≈ 20, что соответствует заданию.

 

Временные диаграммы работы усилителя при различных уровнях входного сигнала представлены на рисунке 3.3. Выходное напряжение Uвых смещено относительно входного Uвх на 180° (инвертирующий усилитель). При входном напряжении Uвх=1В, превышающем Uвхmax, наблюдается ограничение выходного напряжения на уровне Uвыхmax=12В (рисунок 3.3, б).

Рисунок 3.2 – Модель инвертирующего усилителя на ОУ

а)

б)

 

Рисунок 3.3 – Временные диаграммы работы инвертирующего усилителя на ОУ при входном напряжении Uвхmax=0, 2 В (а) и Uвхmax=1 В (б)

Задача 2. Расчёт сумматора на основе операционного усилителя.

На основе заданного операционного усилителя разработать схему сумматора для выполнения заданной операции при сопротивлении обратной связи Rос. Описать работу схемы, осуществить моделирование её работы при U1= U2= U3= U4=(0, 1 В – группа №1; 0, 2 В – группа №2; 0, 3 В – группа №3; 0, 4 В – группа №4).Исходные данные приведены в таблице 3.2.

Таблица 3.2 – Исходные данные

 

Номер варианта Тип операционного усилителя Операция Rос, кОм
КР140УД7 (μ A741CD) 5U1 - U2 +2U3-2U4
КР140УД11 (LM318N8) 3U1 +2U2 -2U3-U4
КР140УД14 (LM308AM8) 3U1 -2U2 +2U3-4U4
КР1408УД1 (LM343H) - U1 +5U2 +2U3-3U4
КР140УД18 (LF355BN) - U1 + 2U2 +U3-5U4
К140УД10 (LM118P) 2U1 +3U2 -U3-4U4
КР140УД7 (μ A741CD) -2U1 +5U2 + 2U3-U4
КР140УД11 (LM318N8) 4U1 -2U2 -2U3+U4
КР140УД14 (LM308AM8) 4U1 - U2 -2U3+5U4
КР1408УД1 (LM343H) -2U1 +5U2 -2U3+3U4
КР140УД18 (LF355BN) 5U1 - U2 +3U3-2U4
К140УД10 (LM118P) 3U1 +3U2 -2U3-U4
КР140УД7 (μ A741CD) 3U1 -2U2 +5U3-4U4
КР140УД11 (LM318N8) - U1 +5U2 +5U3-3U4
КР140УД14 (LM308AM8) - U1 + 2U2 +3U3-5U4
КР1408УД1 (LM343H) 2U1 +3U2 -5U3-4U4
КР140УД18 (LF355BN) -2U1 +5U2 + U3-U4
К140УД10 (LM118P) 4U1 - U2 -2U3+U4
КР140УД7 (μ A741CD) 4U1 - 2U2 -2U3+5U4
КР140УД11 (LM318N8) -2U1 +7U2 -2U3+3U4
КР140УД14 (LM308AM8) 5U1 - U2 +2U3-U4
КР1408УД1 (LM343H) 3U1 +2U2 -2U3-2U4
КР140УД18 (LF355BN) 3U1 -2U2 +2U3-5U4
К140УД10 (LM118P) - U1 +5U2 +2U3-6U4
КР140УД7 (μ A741CD) - U1 + 2U2 +U3-8U4
КР140УД7 (μ A741CD) 2U1 +3U2 -U3-6U4
КР140УД11 (LM318N8) -2U1 +5U2 + 2U3-3U4
КР140УД14 (LM308AM8) 4U1 -2U2 -2U3+2U4
КР1408УД1 (LM343H) 4U1 - U2 -2U3+7U4
КР140УД18 (LF355BN) -2U1 +5U2 -2U3+5U4
КР140УД11 (LM318N8) 6U1+U2-2U3-3U4

Пример решения задачи 2. Вариант 31

 

Схема параллельного сумматора для реализации заданной функции приведена на рисунке 3.4. Принцип ее работы описан в [2]. Количество неинвертирующих входов соответствует числу положительных, а число инвертирующих – числу отрицательных членов функции.

 

Рисунок 3.4 – Схема параллельного сумматора на ОУ КР140УД11

 

Выходное напряжение параллельного сумматора

 

Uвых= Kiн·Uiн Kiи·Uiи,

 

где Kiн, Uiн, Kiи, Uiи – коэффициенты усиления (весовые коэффициенты) и входные напряжения по каждому из неинвертирующих и инвертирующих входов;

 

,

 

где Roc– сопротивление обратной связи (резистор R5);

Ri – сопротивление в цепи данного входа. По заданному значению R5 и весовым коэффициентам входов (K1 = 6, K2 = 1, K3 = 2, K4 = 3) определяем:

 

кОм;

кОм;

кОм;

кОм.

 

Принимаем сопротивления из стандартного ряда (приложение В): R1=8, 2 кОм; R2 =51 кОм; R3 =24 кОм; R4 =16 кОм.

Для нормальной работы сумматора надо уравнять сопротивления по обоим входам. В противном случае входные токи ОУ вызовут на них неодинаковое падение напряжений и на входе ОУ появится разностный сигнал, который будет им усилен. На выходе будет Uвых при отсутствии Uвх. Входное сопротивление по инвертирующему входу

 

мОм-1

(RИ=8 кОм);

 

по неинвертирующему входу

 

кОм

Для уравнивания входных сопротивлений параллельно инвертирующему входу надо включить резистор R6 так, чтобы

 

;

кОм.

 

Выходное напряжение при выполнении данной операции Uвых=
= 6U + U – 2U – 3U = 2U. При максимальном выходном напряжении ОУ Uвыхmax=12 В единичное входное напряжение (равное по всем входам)

 

В.

 

При единичном входном напряжении 100 мВ U1 = U2 = U3 =
= U4 = 100 мВ. Для выходного напряжения за счет первого входа Uвых1 = K1U1 = 6·100 = 600 мВ. Длядругих входов Uвых2 = K2U2 = 1·100 =100 мВ, Uвых3 = =–K3U3 = –2·100 = –200 мВ, Uвых4 = –K4U4 = –3 × 100 = –300 мВ. Выходное напряжение сумматора

 

600+100-200-300=200 мВ.

 

Модель параллельного сумматора на ОУ в среде Multisim (файл «Сумматор на ОУ.ms11») приведена на рисунке 3.5. Результаты моделирования при входных напряжениях: U1 = U2 = U3 =
= U4 = 100 мВ; Uвых=191мВ≈ 200мВ, что соответствует расчёту.

 

Рисунок 3.5 – Модель параллельного сумматора на ОУ

 

 


Поделиться:



Популярное:

  1. IV. Педагогические технологии на основе гуманно-личностной ориентации педагогического процесса
  2. Linux - это операционная система, в основе которой лежит лежит ядро, разработанное Линусом Торвальдсом (Linus Torvalds).
  3. V. Педагогические технологии на основе активизации и интенсификации деятельности учащихся (активные методы обучения)
  4. VI. ИСПРАВЛЕНИЕ РАБОТЫ НА ОСНОВЕ РЕЦЕНЗИЙ
  5. VI. Педагогические технологии на основе эффективности управления и организации учебного процесса
  6. VII. Педагогические технологии на основе дидактического усовершенствования и реконструирования материала
  7. А. Н. Леонтьев, А. В. Запорожец, В. П. Зинченко Формирование перцептивных механизмов и предметных образов на основе внешних ориентировочно-исследовательских операций и действий субъекта
  8. А.2 Защита от косвенного прикосновения
  9. Авария – это чрезвычайное событие техногенного характера, заключающееся в повреждении, выходе из строя, разрушении тех, нического устройства или сооружения во время его работы.
  10. Автотрансформатор — устройство, экономичность принципы работы и регулирования.
  11. Активное отдающее устройство АОУ(У) 10-63
  12. Анатомическое устройство малого круга.


Последнее изменение этой страницы: 2016-04-11; Просмотров: 1997; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.038 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь