Расчет операционного усилителя с использованием типовых электронных функциональных микроузлов
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
Техническое задание
Спроектировать электронное устройство, в состав которого входит измерительный усилитель тока, выходной сигнал которого подключается к одному из двух входов; устройство для измерения частоты сигнала, усиливаемого усилителем; а также вторичный источник напряжения их питания. Выбор выхода осуществляется электронным переключателем, управляемым от логического блока. Если выполняется заданное логическое уравнение, то выход усилителя подключается к выходу 1. Если оно не выполняется, то к выходу 2. Сигналы, управляющие логическим блоком имеют значения a, b, c, d. Электронное устройство питается от промышленной сети U=220В10%, 50 Гц.
Параметры усилителя
1. Коэффициент усиления тока KI122. Диапазон рабочих частот, Гц50-100003. Максимальная погрешность коэффициента усиления тока в рабочем диапазоне частот не более, %0,24. Входное сопротивление, Ом0,15. Погрешность входного сопротивления, %1,56. Диапазон значений выходного тока усилителя, Im, мА-15...+157. Минимально допустимое выходное сопротивление, Ом1048. Разрядность цифрового индикатора частоты 59. Время индикации, с1010. Уровни напряжений a, b ,c ,d ;B0;1011. Напряжение питания, В22012. Частота, Гц50
Введение
операционный усилитель электронный цифровой микроузел
Операционный усилитель (ОУ) - это усилитель электрических сигналов, предназначенный для выполнения различных операций над аналоговыми величинами при работе в схеме с отрицательной обратной связью.
Проектируемый усилитель имеет непосредственные связи, и строится на базе интегральных ОУ. Особенностью проектирования аналоговых электронных устройств является то, что одинаково правомерны различные подходы и разная последовательность проведения операций расчета. При этом требуемые характеристики могут быть получены при использовании различных структурных схем, а также при других параметрах элементов в идентичных схемах.
Основной тенденцией в проектировании современных электронных устройств является широкое использование типовых электронных функциональных микроузлов - интегральных микросхем. Когда заданные в технических условиях параметры и характеристики невозможно обеспечить с помощью интегральных микросхем, следует дополнить их схемами, выполненными на дискретных компонентах. Экономически целесообразным может оказаться разработка специальных микросхем частного применения, которые дадут возможность получить требуемых характеристики преобразования.
Выбор структурной схемы усилителя
Рисунок 1 - структурная схема
1. Проектирование измерительного усилителя
Чтобы усилитель обеспечивал характеристики, требуемые техническим заданием, его необходимо разделить на три составные части: входной каскад, который будет обеспечивать требуемые входные характеристики, необходимое усиление, и согласовывать с источником сигнала. Промежуточный каскад, обеспечивает полосу рабочих частот, он состоит из полосового фильтра, который будет обеспечивать нужное усиление; выходной каскад, который будет задавать требуемые выходные характеристики и согласовывать с нагрузкой.
.1 Проектирование входной части усилителя
В качестве операционного усилителя используется 140УД26.
Входное сопротивление схемы определяется резистором R0, следовательно,R0 = 0,1 Ом. Из технического задания оценим допустимое изменение входного сопротивления:
Найдем значение сопротивления резистора R2. Для этого исходим из того, что изменение коэффициента усиления в заданной полосе частот не изменяет значение больше чем на 0,003Ом.
Ом
Используем ЛАЧХ усилителя для оценки коэффициента усиления на граничных частотах.(10000) = 3623 = 75 дБ(50) = 2238721 = 127 дБ
Возьмем схему инвертирующего усилителя. Так как R0 мало, то во входной части можно поставить полосно-пропускающий фильтр.
Рисунок 2 - входной каскад
Пусть , тогда выберем R1 и R2 соответственно равными 1кОм и 12кОм типа С5-61 с допуском +0,005% из ряда номиналов Е192.
Тогда
Ом.
Возьмем R3 =920 Ом типа С5-61 с допуском +0,01% из ряда номиналов Е192.
;н=50 Гц;
Возьмем С1=3,2 мкФ из ряда номиналов Е192 типа К53-17 (номинальное напряжение 30 В, допуск +10%).
;
fв=10000 Гц
Возьмем С2=1,33 нФ из ряда номиналов Е192 типа К10-44 (номинальное напряжение 250 В, допустимое отклонение емкости +20%).
Оценим погрешность KU входной части в рабочем диапазоне частот.
(50) = -11,99993032; K1(10000) = -11,97185511;.
;
.
Оценим погрешность KU входной части, зависящую от допуска резисторов.
.
Погрешность не выходит за пределы, установленные в техническом задании.
1.2. Проектирование выходной части усилителя
Рисунок 3 - выходной каскад
В техническом задании сказано, что максимальный выходной ток должен быть 15 мА и выходное сопротивление не более 10 4 Ом. Поскольку ОУ 157УД1 может обеспечить такой ток, то можно на его основе спроектировать выходной каскад. Сопротивление нагрузки для операционного усилителя DA2 должно быть не менее 2 кОм.(50) = 31623 = 90 дБ(10000) = 7944 = 78 дБ
Пусть , тогда выберем R4=12кОм (тип С5-61, допуск +0,005% ) и R5=120кОм (тип С5-54В, допуск +0,01%) из ряда номиналов Е192.
Тогда
кОм.
Возьмем R6=10,9кОм типа С5-61 с допуском +0,01% из ряда номиналов Е192.
Оценим погрешность KU выходной части в рабочем диапазоне частот.
(50) = -9,996523; K2(10000) = -9,986172;.
;
.
Оценим погрешность KU выход