Проектирование усилителя низкой частоты

Нетрудно показать, что в неинвертирующем усилителе ОУ охвачен ПООСН. Поскольку Uвх и Uос подаются на разные входы, то для идеального ОУ можно записать:

Uвх = UвыхR1/(R1 + Rос),

откуда коэффициент усиления по напряжению неинвертирующего усилителя:

KU неинв = 1 + Rос/R1,

KU неинв = 1 + |KU инв|.

 Для неинвертирующего усилителя на реальном ОУ полученные выражения справедливы при глубине ООС F>10.

Входное сопротивление неинвертирующего усилителя Rвх неинв велико и определяется глубокой последовательной ООС и высоким значением RвхОУ:

Rвх неинв = RвхОУ·F = RвхОУ·KU ОУ/KU неинв.

Выходное сопротивление неинвертирующего усилителя на ОУ определяется как для инвертирующего, т.к. в обоих случаях действует ООС по напряжению:

Rвых неинв = RвыхОУ/F = RвыхОУ/KU неинв/KU ОУ.

Расширение полосы рабочих частот в неинвертирующем усилителе достигается также, как и в инвертирующем, т.е.

fвОС = fT/KU неинв.

Для снижения токовой ошибки в неинвертирующем усилителе, аналогично инвертирующему, следует выполнить условие:

Rг = R1Rос.

Неинвертирующий усилитель часто используют при больших Rг (что возможно за счет большого Rвх неинв), поэтому выполнение этого условия не всегда возможно из-за ограничения на величину номиналов резисторов.

Наличие на инвертирующем входе синфазного сигнала (передаваемого по цепи: неинвертирующий вход ОУ выход ОУ Rос инвертирующий вход ОУ) приводит к увеличению Uош, что является недостатком рассматриваемого усилителя.

Инвертирующий усилитель

Наиболее часто ОУ используется в инвертирующих и неинвертирующих усилителях. Упрощенная принципиальная схема инвертирующего усилителя на ОУ приведена на рисунке.

Резистор R1 представляет собой внутреннее сопротивление источника сигнала Eг, посредством Rос ОУ охвачен ?ООСН.

При идеальном ОУ разность напряжений на входных зажимах стремиться к нулю, а поскольку неинвертирующий вход соединен с общей шиной через резистор R2, то потенциал в точке a тоже должен быть нулевым ("виртуальный нуль", "кажущаяся земля"). В результате можем записать:

Iг=Iос, т.е. Eг/R1=-Uвых/Rос.

Отсюда получаем:

KU инв = Uвых/Eг = -Rос/R1,

 т.е. при идеальном ОУ KU инв определяется отношением величин внешних резисторов и не зависит от самого ОУ.

Для реального ОУ необходимо учитывать его входной ток Iвх, т.е.

Iг=Iос+Iвх или (Eг-Uвх)/R1=(Uвх-Uвых)/Rос+Uвх/UвхОУ,

где Uвх -- напряжение сигнала на инвертирующем входе ОУ, т.е. в точке a. Тогда для реального ОУ получаем:

Нетрудно показать, что при глубине ООС более 10, т.е. Ku ОУ/KU инв=F>10, погрешность расчета KU инв для случая идеального ОУ не превышает 10%, что вполне достаточно для большинства практических случаев.

Номиналы резисторов в устройствах на ОУ не должны превышать единиц мегом, в противном случае возможна нестабильная работа усилителя из-за токов утечки, входных токов ОУ и т.п. Если в результате расчета величина Rос превысит предельное рекомендуемое значение, то целесообразно использовать Т-образную цепочку ООС, которая при умеренных номиналах резисторов позволяет выполнить функцию эквивалента высокоомного Rос . В этом случае можно записать:

 На практике часто полагают, что Rос1=Rос2>>Rос3, а величина R1 обычно задана, поэтому Rос3 определяется достаточно просто.

Входное сопротивление инвертирующего усилителя на ОУ Rвх инв имеет относительно небольшое значение, определяемое параллельной ООС:

Rвх инв = R1 +(Rос/Ku ОУ + 1)?RвхОУ ? R1,

т.е. при больших Ku ОУ входное сопротивление определяется величиной R1.

Выходное сопротивление инвертирующего усилителя Rвых инв в реальном ОУ отлично от нуля и определяется как величиной Rвых ОУ, так и глубиной ООС F. При F>10 можно записать:

Rвых инв = Rвых ОУ/F = Rвых ОУ/KU инв/Ku ОУ.

С помощью ЛАЧХ ОУ можно представить частотный диапазон инвертирующего усилителя причем

fвОС = fT/KU инв.

В пределе можно получить KU инв=1, т.е. получить инвертирующий повторитель. В этом случае получаем минимальное выходное сопротивление усилителя на ОУ:

Rвых пов = Rвых ОУ/Ku ОУ.

В усилителе на реальном ОУ на выходе усилителя при Uвх=0 всегда будет присутствовать напряжение ошибки Uош, порождаемое Uсм и ДIвх. С целью снижения Uош стремятся выровнять эквиваленты резисторов, подключенных к входам ОУ, т.е. взять R2=R1Rос . При выполнении этого условия для KU инв>10 можно записать:

Uош ? UсмKU инв + ДIвхRос.

Уменьшение Uош возможно путем подачи дополнительного смещения на неинвертирующий вход (с помощью дополнительного делителя) и уменьшения номиналов применяемых резисторов.

На основе рассмотренного инвертирующего УПТ возможно создание усилителя переменного тока путем включения на вход и выход разделительных конденсаторов, номиналы которых определяются исходя из заданного коэффициента частотных искажений Mн

2. Условие поставленной задачи

Разработать инвертирующий усилитель постоянного тока с параметрами:

`

Тип транзистора: ГТ404Г-1

3. Методика построения и расчёта усилителя

В техническом задании на курсовой проект описаны специальные требования относящиеся к входной ( ) и выходной () цепям поэтому их легче всего выполнить в том случае когда в структуре усилителя имеются специальные входные и выходные части. Поскольку основным средством получения требуемых параметров является введение цепей обратных связей то входная и выходная части могут представлять собой самостоятельные усилители охваченные местной обратной связью.

Размещено на http://www.allbest.ru/

13

4. Расчётная часть

В качестве промежуточного каскада выберем схему операционного усилителя К140УД7,который имеет следующие параметры:

Расчёт первого каскада (неинвертирующий ОУ) :

K=3

; выбираем =910 кОм из ряда E24

Расчёт второго каскада (неинвертирующий ОУ) :

Пусть

выбираем =51000 Ом из ряда E24

; выбираем =51000 Ом из ряда E24

Расчёт третьего каскада (инвертирующий ОУ) :

выбираем = 680 кОм из ряда Е24

Выбираем =560 Ом из ряда Е24

Заключение

При построении усилителя были получены навыки расчёта инвертирующих и неинвертирующих схем. Проанализированы оптимальные способы построения усилителя при заданных условиях, проанализирована устойчивость усилителя

Список использованной литературы

усилитель инвертирующий сопротивление

1. Н.И. Воробьев. Проектирование электронных устройств. - Москва: «Высшая школа», 1989.

2. В.В. Пасынков, Л.К. Чиркин, А.Д. Шинков. Полупроводниковые приборы. - Москва: «Высшая школа», 1973.

3. И.П. Степаненко. Основы микроэлектроники: Учебное пособие для вузов. - Москва: «Лаборатория базовых знаний», 2004.

4. Ш.С. Сафинов «Аналоговая и аналого-цифровая электроника в автоматизированных системах»

Размещено на Allbest.ru