Анализ и синтез аналоговых устройств на основе операционных усилителей

Размещено на http://www.allbest.ru

Контрольная работа

по дисциплине «Электроника»

на тему: Анализ и синтез аналоговых устройств на основе операционных усилителей

Цели работы

1. Ознакомиться с методикой оценивания качественных показателей и возможностей основных схем включения операционных усилителей в электрическую цепь.

2. Ознакомиться со схемотехническими принципами построения и анализа аналоговых и цифровых устройств.

операционный усилитель электрический цепь

Задача 1

В схемах инвертирующего (рис.1) и неинвертирующего (рис.2) включений операционного усилителя (ОУ) определить: величину глубину обратной связи, коэффициент усиления, входное и выходное сопротивления.

Рис.1 Рис.2

Параметры отечественных интегральных ОУ приведены в табл. 2. Для данной задачи необходимо знать коэффициент усиления ОУ (), входное () и выходное () его сопротивления.

Таблица 1 - Исходные данные для задачи №1

Таблица 2 - Параметры отечественных операционных усилителей в интегральном исполнении

Решение

Глубина обратной связи определяется выражением

() ,

где - коэффициент усиления ОУ, а - коэффициент передачи цепи обратной связи.

Для инвертирующей схемы , для неинвертирующей -

.

Для инвертирующей схемы (рис.1):

()=5451

Для неинвертирующей схемы (рис.2):

()=4901

Коэффициент усиления схем, изображенных на рис.1 и 2, благодаря действию отрицательной обратной связи равен:

- для инвертирующего усилителя (рис.1) =9,17;

- для неинвертирующегоусилителя (рис.2) =10,2.

Входное сопротивление:

- для инвертирующего усилителя (рис.1)

=2,4 кОм;

- для неинвертирующегоусилителя (рис.2)

=490,1 Ом.

Для эффективной работы схемы с генератором входного сигнала необходимо выполнение условия. Это условие является основным при ограничении снизу величины . Сопротивление резистора обратной связи обычно имеет значение от 1 кОм до 1 МОм. Если выбрать большим, то и в схемах будет относительно высоким. При этом рабочие токи будут относительно малыми. Однако при этом сужается ширина полосы пропускания и возникают большие смещения передаточной характеристики, связанные с входными токами смещения, особенно если используются ОУ с биполярными входами, с большими входными токами . Если же выбирать малым, порядка 1кОм, влияние паразитных емкостей уменьшается, быстродействие увеличивается, но рабочие токи станут относительно большими. Таким образом, выбор оказывается компромиссным и зависит от конкретных требований.

Выходные сопротивления для инвертирующей и неинвертирующей схем усилителей одинаковы и равны

.

- для инвертирующего усилителя (рис.1)

=36,7 мОм;

- для не инвертирующего усилителя (рис.2)

=40,8 мОм

Задача 2

Произвести суммирование (вычитание) двух аналоговых сигналов и . Определить ограничения величин возможных изменений этих сигналов ( и ) с тем, чтобы сумматор (вычитатель) работал в линейном режиме и не искажал результат арифметического действия. Известна схема сложения (вычитания), в состав которой входят следующие элементы: масштабные резисторы и операционный усилитель с определёнными величинами напряжений питания и .

Таблица 3 - Исходные данные для задачи №2

Рис. 5

Решение

При дифференциальном включении усилителя (рис. 5) для сложения или вычитания входных напряжений и напряжение на выходе усилителя

.

мВ

В схеме (рис.5) сумма входных сигналов и не должна выходить за пределы динамического диапазона ±Е_П = 15 В, т.е.

.

мВ

мВ

мВ

мВ

мВ

мВ

Задача 3

Для компаратора (рис.7) на основе операционного усилителя из предыдущей задачи рассчитать момент сравнения и ошибку момента сравнения (рис.8), вызванную его разрешающей способностью, если известно, что на инвертирующий вход подается линейно изменяющееся напряжение со скоростью , а на неинвертирующий вход - опорное напряжение , значения которого задаются в табл. 4. Все остальные данные, необходимые для расчета , взяты из предыдущей задачи.

Рис.7

Таблица 4 - Исходные данные для задачи №3

Решение

Определим зону неопределённости сравнения , вызванную конечной величиной коэффициента усиления ОУ . Ширина этой зоны характеризует чувствительность или разрешающую способность компаратора:

=1,364·10^-3.

а) б)

Рис.8

Рассчитаем время до момента сравнения, в течение которого напряжение изменяется от 0 до , и ошибку определения момента сравнения , причиной которой является разрешающая способность компаратора по выражениям

=0,1·10^-3 с = 0,1 мс;

=0,2728·10^-3 с = 0,2728 мс.

Выполнив анализ передаточной характеристики и временных диаграмм, изображенных на рис. 8, определяем, чтобы уменьшить ошибку момента сравнения, нужно:

- использование ОУ с большим коэффициентом усиления;

- введение в схему положительной обратной связи (ПОС).

Библиографический список

1. Методические указания для выполнения контрольной работы по дисциплине «Электроника» часть II для студентов, обучающихся по специальности: 220700 «Автоматизация технологических процессов и производств в нефтяной и газовой промышленности» заочной полной и сокращенной форм обучения/состав. В.Ф. Сватов; Тюменский государственный нефтегазовый университет. - Тюмень: Издательский центр БИК ТюмГНГУ 2012.

Размещено на Allbest.ru