Структурная схема операционного разностного усилителя и его характеристики. Особенности расчета параметров разностного усилителя на операционных усилителях, его схемы электрической принципиальной. Расчет компенсационного стабилизатора напряжения.
Аннотация к работе
Многие электронные устройства, используемые в быту и на производстве требуют определенных параметров напряжения на входе, отличных от параметров сети. Для создания нужного напряжения и используют стабилизаторы напряжения, один из которых требуется разработать во второй части проекта. Стабилизатор разрабатывается на базе стандартных аналоговых элементов, выпускающихся серийно и может использоваться для работы с широким спектром устройств, требующих напряжения, укладывающегося в его выходной диапазон. Поэтому дискретные сигналы чаще используют на практике, чем аналоговые, так как аналоговое преобразование сигналов является необходимым этапов обработки информации и мощности этих сигналов.Операционный усилитель (ОУ) - унифицированный многокаскадный усилитель постоянного тока, удовлетворяющий следующим требованиям к электрическим параметрам: коэффициент усиления по напряжению стремится к бесконечности Входные параметры, определяемые свойствами входного дифференциального каскада: · напряжение смещения нуля Ucm , значение которого определяется неидентичностью напряжений Uбэ0 транзисторов входного дифференциального каскада, и его температурный дрейф ?UСМ?T; Передаточные параметры: · коэффициент усиления по напряжению Коу определяемый отношением изменения выходного напряжения к вызвавшему это изменение дифференциальному входному сигналу Коу= Uвых/Uвх.диф ; Эта частота соответствует уменьшению коэффициента усиления на-3ДБ, при задании коэффициента усиления в логарифмическом масштабе. Uвых=f(Uвх-)|Uвх = 0 . Кривая 2 - Uвых= f(Uвх )|Uвх-= 0 . По амплитудной характеристике можно определить Коу=Uвых/Uвх , и Ucm - напряжение смещения - это постоянное напряжение на входе при котором выходное напряжение равно нулю, т.е.Два вывода ОУ используются в качестве входных, один вывод является выходным, два оставшихся вывода используются для подключения источника питания ОУ.На основе ОУ выполнен разностный (дифференциальный) усилитель, схема на рис.4. В общем случае синфазный сигнал представляет собой среднее значение двух входных напряжений, т.е. Разность двух входных напряжений называется дифференциальным сигналом Uдс=Uвх2-Uвх1 . Поскольку усилитель разности усиливает только разностный (дифференциальный) сигнал, то такой усилитель часто называют дифференциальным усилителем.Дифференциальный операционный усилитель - универсальный и наиболее широко применяемый тип ОУ. Если подать на оба входа разностного усилителя одинаковое напряжение, то на выходе получим напряжение равное нулю, такие входные напряжения называют СИНФАЗНЫМИUСС. Разностный усилители часто называют дифференциальным изза того что усилитель разности усиливает только разностный (дифференциальный) сигнал.Стабилизатором напряжения называется устройство, поддерживающие автоматически и с требуемой точностью напряжение на нагрузке при изменении дестабилизирующих факторов в обусловленных пределах. Постоянное напряжение или ток, получаемые от выпрямителей, по различным причинам могут изменяться, что может нарушить нормальную работу различных устройств, питание которых осуществляется от выпрямительных устройств.Коэффициент стабилизации, представляющий собой отношение относительного изменения напряжения на входе к относительному изменению напряжения на выходе стабилизатора. Коэффициенты стабилизации служат основными критериями для выбора рациональной схемы стабилизации и оценки ее параметров. Выходное сопротивление, характеризующее изменение выходного напряжения при изменении тока нагрузки и неизменном входном напряжении. В последовательных стабилизаторах напряжение на регулирующем элементе возрастает при увеличении напряжения на нагрузке, а ток приблизительно равен току нагрузки. В параллельных стабилизаторах напряжение на регулирующем элементе не зависит от входного напряжения, а ток находится в прямой зависимости от напряжения на нагрузке.Рис.3.1 Схема вычитателяУчитывая согласованное включение каскада принимаем [Ом]: , Отсюда определяем Определяем величину резистора [Ом]: ; Так как для расчета используется метод суперпозиций, то для симметричной структуры можно принять Определяем коэффициенты усиления по входам Определяем входные токи [А]: где ;4.1 Выбираем транзистор КТ343В h21=40 Uкэ нас=0,7 В Uкэ мах=5 В 4.2 Рассчитываем величину балластного сопротивления Rб: Rб= где ток через стабилитрон лежит в пределах Іст мах<IVD< Ict min-Іб , Іб?Іэ/ h21=0.03/40=0,00075 (А) , а UVD=Uвых-Uэб =5.4-0,7=4.7 (В)Курсовой проект выполнен в соответствии с заданием на проектирование, и полученные результаты удовлетворяют требованиям действующих ГОСТОВ на радиоаппаратуру. В данный момент наиболее перспективно использование разностных усилителей на базе ИМС, так как это снижает затраты на монтаж, уменьшает энергоемкость стабилизатора, уменьшает его габаритные размеры, что сказывается на стоимости устройства.
Курсовой проект выполнен в соответствии с заданием на проектирование, и полученные результаты удовлетворяют требованиям действующих ГОСТОВ на радиоаппаратуру. По результатам проверки и анализа работы схемы видно, что данная схема отличается высокой работоспособностью. В данный момент наиболее перспективно использование разностных усилителей на базе ИМС, так как это снижает затраты на монтаж, уменьшает энергоемкость стабилизатора, уменьшает его габаритные размеры, что сказывается на стоимости устройства. В данной схеме возможно установить элементы индикации о состоянии регулирующего элемента, о перегрузке компенсационного стабилизатора, о наличии питающего напряжения. Кроме вышеперечисленного возможно установить в схеме тепловую защиту регулирующего элемента. При выборе элементной базы производился сравнительный анализ отечественного и импортного ассортимента радиоэлементов. Анализ проводился по качественным, технологическим и экономическим показателям. В большинстве случаев предпочтение было отдано в пользу отечественных компонентов.
3. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: в 3-х томах: Т. 1. Пер. с англ. -4-е изд. перераб. и доп. - М.: Мир, 1993.
4. Аналоговая схемотехника. Методические указания по курсовому проектированию для студентов специальности 7.090803 «электронные системы» / Сост. В.И. Тараканов, Н.Е. Дубровина, - Запорожье: Изд-во ЗГИА, 2003. - 43 с.