Анализ и синтез аналоговых устройств на основе операционных усилителей
Методика оценивания качественных показателей и возможностей основных схем включения операционных усилителей в электрическую цепь. Исследование схемотехнических принципов построения аналоговых и цифровых устройств на основе операционных усилителей.
Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
Вид | контрольная работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 29.06.2016 |
Размер файла | 797,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
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
Номер по списку |
Тип ОУ (табл.1 [1]) |
еГ |
Z1, кОм |
Z2, кОм |
|
9 |
9 |
30sin (314t+30) мВ |
22,0 |
2,4 |
Таблица 2 - Параметры отечественных операционных усилителей в интегральном исполнении
№ п/п |
Тип ОУ |
Параметры ОУ |
|||||||
, В |
, В |
, |
, мОм |
, Ом |
, нА |
, В/мкс |
|||
9 |
К1401УД3 |
50 |
100 |
200 |
150 |
0,5 |
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
Номер по списку |
Схема ОУ (рис.3-6) |
±ЕП, В |
U1, мВ |
U2, мВ |
R1-R3, кОм |
R4,R5, кОм |
|
9 |
5 |
15 |
22,0 |
36,0 |
56; 4,7; 56 |
62, - |
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 ±ЕП = 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
Номер по списку |
±ЕП, В |
К0 |
UОП, мВ |
||
9 |
5 |
15 |
22,0 |
0,5 |
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
Подобные документы
Принципы построения мультидифференциальных операционных усилителей: структура и свойства. Собственная компенсация влияния частотных свойств, звенья активных фильтров. Мультидифференциальные операционные усилители в аналоговых интерфейсах и портах ввода.
магистерская работа [1,6 M], добавлен 08.03.2011Методы определения параметров операционных усилителей, входных токов, напряжения смещения, дифференциального входного и выходного сопротивлений, скорости нарастания выходного напряжения, коэффициентов усиления инвертирующего и неинвертирующего усилителей.
контрольная работа [151,0 K], добавлен 02.12.2010Изучение схемотехники активных фильтров. Исследование влияния динамических параметров операционных усилителей на их частотные характеристики. Анализ электрических схем построения активных фильтров первого и второго порядка на операционных усилителях.
лабораторная работа [372,0 K], добавлен 12.11.2014Понятие и назначение операционных усилителей, их структура и основные функции, разновидности и специфические признаки, сферы применения. Инвертирующее и неинвертирующее включение операционных усилителей. Активные RC-фильтры. Компараторы сигналов.
контрольная работа [72,0 K], добавлен 23.12.2010Применение операционных усилителей для сложения двух постоянных, двух переменных, постоянного и переменного напряжений, дифференцирования и интегрирования входных сигналов. Переходной процесс в интеграторе, влияние на него амплитуды входного сигнала.
контрольная работа [120,0 K], добавлен 02.12.2010Изучение методов измерения основных параметров операционных усилителей. Исследование особенностей работы операционного усилителя в режимах неинвертирующего и инвертирующего усилителей. Измерение коэффициента усиления инвертирующего усилителя.
лабораторная работа [751,7 K], добавлен 16.12.2008Основные схемы включения операционного усилителя и его характерные свойства. Исследование неинвертирующего и инвертирующего включения данных устройств, усилители переменного тока на их основе. Выпрямители и детекторы сигналов на операционных усилителях.
курсовая работа [825,0 K], добавлен 19.03.2011Фильтры на основе операционных усилителей. Расчет полосового фильтра на операционных усилителях. Электрическая схема активного фильтра верхних и нижних частот. Усиление в полосе пропускания фильтра. Коэффициент прямоугольности для уровней затухания.
курсовая работа [195,1 K], добавлен 19.11.2010Понятие электронного усилителя, принцип работы. Типы электронных усилителей, их характеристики. Типы обратных связей в усилителях и результаты их воздействия на работу электронных схем. Анализ электронных усилителей на основе биполярных транзисторов.
курсовая работа [540,7 K], добавлен 03.07.2011Динамический режим работы усилителя. Расчет аналоговых электронных устройств. Импульсные и широкополосные усилители. Схемы на биполярных и полевых транзисторах. Правила построения моделей электронных схем. Настройка аналоговых радиотехнических устройств.
презентация [1,6 M], добавлен 12.11.2014