Операционные усилители общего применения. Прецизионные и программируемые операционные усилители. Разработка и расчет входного усилителя, компаратора с положительной обратной связью, фоточувствительного выпрямителя, фильтра частот, погрешностей устройства.
Аннотация к работе
Работа над курсовым проектом предполагает проработку существующих методов решения поставленной задачи, изучение большого количества литературы по данной теме, разработку функциональной схемы устройства в соответствии с выбранным методом решения поставленной задачи, разработку и расчет принципиальной схемы устройства, а также анализ и расчет погрешностей проектируемого устройства.Кроме двух входов, выхода и выводов питания, операционный усилитель может также иметь выводы для балансировки, коррекции, программирования (задания определенных параметров величиной управляющего тока) и другие. При соблюдении этих условий передаточная характеристика операционного усилителя, охваченного отрицательной обратной связью (ООС), точно соответствует передаточной характеристике цепи ООС и не зависит от параметров самого усилителя. В усилителях Rail to Rail максимальная и минимальная амплитуда выходного напряжения практически совпадают с соответствующими значениями напряжения питания, а допустимые значения синфазного входного напряжения равны или даже могут выходить за пределы напряжения питания. Кроме того, операционные усилители одного типа выпускаются в различных корпусах, а также по два, три или четыре усилителя в одном корпусе (многоканальные) и, наконец, в исполнениях, предназначенных для общего (Commercial - C), промышленного (Industrial - I, E) и военного применения (Military - M), отличающихся по ряду параметров, в частности, по диапазону рабочих температур (C: 0... 70 °C; I:-40... 85 °C; E:-40... 125 °C; M:-55... 125 °C). Особенностями этих усилителей являются также вход и выход Rail to Rail и весьма высокий (101 ДБ) коэффициент усиления при сравнительно малом уровне шумов, что дает возможность использовать данные операционные усилители в аудиоаппаратуре с низковольтным питанием.В преобразователе можно выделить два измерительных канала: канал измерения напряжения на резисторе Rx (блоки ДУ, ФЧВ, Ф) и канал измерения тока (блоки ВУ, В и Ф). Входное напряжение определятся как произведение входного тока I и полного сопротивления катушки индуктивности. Для работы ФЧВ необходимы управляющие импульсы, которые формируются из сигнала, пропорционального току, блоками УО (усилитель-ограничитель) и К (компаратор с положительной обратной связью). Фильтр нижних частот ФІ предназначен для выделения постоянной составляющей из сигнала после выпрямления для последующей подачи на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Сигнал с выхода выпрямителя подается на фильтр нижних частот ФІІ, предназначенный для выделения постоянной составляющей из сигнала после выпрямления для формирования опорного напряжения для АЦП.Входное напряжение: Коэффициент усиления: Задам резистор R1 = 10 КОМ, тогда R2: Из ряда E24 выберу: R1=R3 МЛТ-0.125-10 КОМ 1% Максимальное напряжение, действующее на входе: Требуемый коэффициент усиления: Задам резистор R2=200 КОМ, тогда R1=200 Ом, так как коэффициент усиления неинвертирующего усилителя На рисунок 3.4 приведены временные диаграммы сигналов на входе и выходе усилителя ограничителя. Как видно из диаграмм, сигнал, совпадающий по фазе с управляющими импульсами по фазе имеет на выходе постоянную составляющую, а сигнал сдвинутый на 90 град. не имеет на выходе постоянной составляющей. Т.о, если в качестве управляющих импульсов мы будем использовать прямоугольные импульсы, совпадающие по фазе с током, то на выходе ФЧВ будет присутствовать постоянная составляющая пропорциональная напряжению на активном сопротивлении катушки индуктивности.Питание измерительного преобразователя осуществляется от аккумуляторной батареи, которая должна обеспечивать непрерывную работу устройства в течении 24 часов. Однополярное питание можно получить установив стабилизатор, а двухполярное с помощью DC/DC преобразователя. Найду ток потребляемый на шине ±15 В: К590КН4 - 1 МА, К140УД25А - 5 МА (3 шт.), К140УД17А - 5 МА (7шт.) , К140УД8А - 5 МА, К140УД11 - 10 МА, 572ПВ1 - 5 МА, К521САЗ 6 МА, NE555 - 10 МА. тогда общий ток: ІОБЩ±15=1 5·3 5·7 5 10 5 6 10 = 87 МА (4.1.1) В качестве DC/DCПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ выберу FDD03-15D1 - DC/DC преобразователь мощностью 3 Вт, корпус: для монтажа на печатную плату DIP24, производства компании CHINFA серии FDD03. Найду ток потребляемый на шине 5 В: 572ПВ1 5 МА, 572ПА2 4 МА тогда общий ток: ІОБЩ 5=5 4 = 9 МА (4.1.2)В схеме КП основными составляющими погрешности являются: - ошибка по постоянному току ОУ, обусловленная наличием напряжения смещения. ошибка по постоянному току ОУ, обусловленная протеканием входных токов. Рассмотрим схему неинвертирующего усилителя, которую применяли в качестве входного усилителя в канале измерения тока. Расчет следующих каскадов в канале измерения тока по напряжению смещения проводить не целесообразно, так как полезный сигнал уже усилен и погрешность, вносимая Ucm будет очень мала, что позволяет применять более дешевые ОУ с большим значением Ucm. Так, например, в схеме неинвертирующего усилителя ток I1 протекает через параллельное соединение резисторов R1 и R2 и создает падение напря