Исследование особенностей операционного усилителя. Расчет пропорционально-интегрального и пропорционально-дифференциального звена. Определение минимально возможного значения сопротивления резистора. Схема неинвертируемого усилителя переменного напряжения.
Операционный усилитель - это усилительное устройство с большим коэффициентом усиления в широкой полосе частот, начиная с нулевой частоты. Условное обозначение операционного усилителя: Операционный усилитель, как правило, сложное многокаскадное электронное устройство, частично выполненное на дифференциальных усилительных каскадах. Обычно операционный усилитель имеет две пары входных и одну пару выходных электродов. Вход, напряжение на котором совпадает по фазе с выходным напряжением, носит название неинвертирующий. Характерной особенностью операционного усилителя является то, что он дает возможность получить близкое к нулю выходное напряжение при отсутствии входного сигнала.Эта схема должна обеспечивать на выходе напряжение, связанное с входным выражением: Начинать расчет необходимо с определения минимально возможного значения сопротивления резистора R1, которое обеспечивало бы выполнение условия (пункт 3 задания). Продолжая расчет схемы ПИ звена, рассчитаем сопротивление R2 и емкость конденсатора С1. Для отсутствия у входа нуля операционных усилителей при некоторой асимметрии их по входу рекомендуется активные сопротивления, подключенные к обоим входам усилителя, выполнять равными. Т.к. в схеме пропорционально-интегрального регулятора сопротивление к входу «минус» определяется суммой Rвн R1, соединенных параллельно сопротивлению R2, то сопротивление R3, присоединенное к входу «плюс» вычисляется по формуле: R3= ?5090,89 Ом В 6 пункте задания предложено сравнить значения параметров идеальной и реальной (фактической) схем: коэффициентов усиления и значения входного и выходного сопротивлений схемы.Эта схема должна обеспечить на выходе напряжение, связанное со входным напряжением: . Расчет целесообразно начинать с выполнения пункта 3, как и при расчете пропорционально-интегрального звена, т.е. что падение напряжения на Rвнутр не должно превышать 0,85% от напряжения Евх2. Найдем значение резистора R5, которое обеспечивает пропорциональную составляющую Uвх2: Дифференцирующую составляющую ? обеспечивают R5 и С2: , то . Для выполнения требований равенства активных сопротивлений по обоим входам операционного усилителя, и, учитывая, что к входу «минус» подключены параллельно R5 и R6, получаем: , отсюда Задаваясь рядом относительных частот от 0,01 до 100, подсчитаем абсолютное значение частот и, подставляя их в формулы для расчета модуля и фазы АФХ, рассчитаем точки модуля и фазы: ?абс, lg?абс, |W(j?)|, 20lg|W(j?)|,?(j?).Результаты вычислений сведем в таблицу: Таблица ?отн ?абс lg?абс |W(j?)| 20lg|W(j?)| ?(j?)Эта схема должна обеспечить на выходе напряжение, которое в ? раз усиливает входное напряжение и связано с ним выражением: . Начать расчет целесообразно с определения входного сопротивления, каким является R10. это сопротивление должно быть минимально, чтобы падение напряжения на Rвн источника Uвх3 не превышало бы заданную ?=0,85%. Из того что усилитель должен усиливать входное напряжение, не инвертируя его (т.е. Поэтому принято считать за низшую частоту усилителя частоту fн, при которой коэффициент усиления снижается на 3дб относительно коэффициента усиления на средних частотах.На основании расчетов схем с операционным усилителем можно записать, что операционный усилитель сопротивление резистор Начать расчет удобно из условия пункта 3, о том что , обеспечивающем падение напряжения на Rвнут, не превышающее 0,85%.Учтя, что Rвн у входов задано 300 Ом, получим . Чтобы обеспечить ?, из условия найдем : Чтобы сделать масштаб вычисления от обоих входных напряжений одинаковым, следует выполнить равенство сопротивлений и .Операционный усилитель - одна из наиболее широко применяемых аналоговых интегральных микросхем. С развитием технологии изготовления интегральных схем произошли значительные изменения в схемотехнике операционного усилителя, связанные с использованием транзисторов различного типа проводимости (т.е. Аналоговая схемотехника на основе операционных усилителей позволяет создать самые различные вычислительные схемы весьма просто и эффективно. На основе операционных усилителей могут быть реализованы четыре основных действия арифметики, операции дифференцирования и интегрирования.
Операционный усилитель - это усилительное устройство с большим коэффициентом усиления в широкой полосе частот, начиная с нулевой частоты. Он имеет очень высокий коэффициент усиления по напряжению, высокое входное и низкое выходное сопротивление, очень низкий входной ток - доли МКА и даже НА. Условное обозначение операционного усилителя:
Операционный усилитель, как правило, сложное многокаскадное электронное устройство, частично выполненное на дифференциальных усилительных каскадах.
Обычно операционный усилитель имеет две пары входных и одну пару выходных электродов. Вход, напряжение на котором совпадает по фазе с выходным напряжением, носит название неинвертирующий. Второй вход, напряжение на котором сдвинуто по фазе на 180° относительно выходного напряжения, носит название инвертирующего.
Характерной особенностью операционного усилителя является то, что он дает возможность получить близкое к нулю выходное напряжение при отсутствии входного сигнала. При этом потенциалы обоих входов будут близки к потенциалу выхода усилителя. Эти свойства операционного усилителя позволяют подключать нагрузку и источники входных напряжений, не заботясь о разделении переменной и постоянной составляющих. В составе операционного усилителя условно можно выделить входную, выходную части и каскады связи между ними. Входную часть операционного усилителя содержит дифференциальные усилители. Выходная часть включает каскады усиления по мощности и обеспечивает работу операционного усилителя на заданную нагрузку с определенной амплитудой выходного напряжения. Каскады связи служат для усиления по напряжению, и позволяет осуществить согласование уровней сигнала.
Операционные усилители выполняются в виде монолитных интегральных микросхем и по своим размерам они почти не отличаются от отдельно взятого транзистора. Благодаря практически идеальным характеристикам операционных усилителей реализация схем на их основе оказывается значительно проще, чем на отдельных транзисторах.
Вывод
Операционный усилитель - одна из наиболее широко применяемых аналоговых интегральных микросхем.
С развитием технологии изготовления интегральных схем произошли значительные изменения в схемотехнике операционного усилителя, связанные с использованием транзисторов различного типа проводимости (т.е. PNP- и NPN-транзисторов) не только в качестве усилителей, но и генератора тока, а так же отражателей тока, и динамических нагрузок. Это операционные усилители второго поколения. В их основу положена так называемая трехкаскадная схема. Отличительной особенностью операционных усилителей второго поколения является их защита от перегрузок.
Аналоговая схемотехника на основе операционных усилителей позволяет создать самые различные вычислительные схемы весьма просто и эффективно. На основе операционных усилителей могут быть реализованы четыре основных действия арифметики, операции дифференцирования и интегрирования. Недостатком этих вычислительных схем является невысокая точность вычислений - не более 0,1%. Однако этой точности в целом ряде случаев бывает вполне достаточно.
Третье поколение операционных усилителей характерно использованием во входных дифференциальных каскадах, так называемых супербета биполярных транзисторов. Такие транзисторы применяются только во входных каскадах, где они обеспечивают такие же малые входные токи, как и полевые транзисторы, но быстродействие и усиление оказываются выше.
Список литературы
1. Гершунский Б.С. “Справочник по расчету электронных схем”- Киев : Вища школа 2010 г.
2. Лавриненко В.Ю. “Справочник по полупроводниковым приборам”- М : “Техника” 2008 г.
3. Новаченко В.М. “Микросхемы для бытовой радиоаппаратуры”- М. : КУБК-а 2006 г.
4. Войшвило Г.В. “Усилительные устройства”- Москва : издательство Радио и Связь 2009 г.
Размещено на .ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
