Студопедия
МОТОСАФАРИ и МОТОТУРЫ АФРИКА !!!

Авиадвигателестроения Административное право Административное право Беларусии Алгебра Архитектура Безопасность жизнедеятельности Введение в профессию «психолог» Введение в экономику культуры Высшая математика Геология Геоморфология Гидрология и гидрометрии Гидросистемы и гидромашины История Украины Культурология Культурология Логика Маркетинг Машиностроение Медицинская психология Менеджмент Металлы и сварка Методы и средства измерений электрических величин Мировая экономика Начертательная геометрия Основы экономической теории Охрана труда Пожарная тактика Процессы и структуры мышления Профессиональная психология Психология Психология менеджмента Современные фундаментальные и прикладные исследования в приборостроении Социальная психология Социально-философская проблематика Социология Статистика Теоретические основы информатики Теория автоматического регулирования Теория вероятности Транспортное право Туроператор Уголовное право Уголовный процесс Управление современным производством Физика Физические явления Философия Холодильные установки Экология Экономика История экономики Основы экономики Экономика предприятия Экономическая история Экономическая теория Экономический анализ Развитие экономики ЕС Чрезвычайные ситуации ВКонтакте Одноклассники Мой Мир Фейсбук LiveJournal Instagram

Математическое применение ОУ




Отчет принимается только в электронном виде на почтовый ящик kvvstudio@gmail.com Занятие №2

Рис. 1.2. Неинвертирующий усилитель

УСИЛИТЕЛИ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ

Задача 1.1. Разработайте инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления –50 и входным сопротивлением 100 кОм.

Теория. В инвертирующем усилителе с ОС можно изменять коэффициент усиления. Сигнал на его выходе инвертирован по отно­шению ко входу. Схема инвертирующего уси­лителя показана на рис. 1.1. Резистор RF в цепи ОС включен между выходным и вход­ным инвертирующим зажимами. В цепь меж­ду инвертирующим входом и зажимом, к ко­торому подводится усиливаемый сигнал, вклю­чено сопротивление R1. Коэффициент уси­ления усилителя при замкнутой цепи ОС обозначен через Ацс.

При расчете коэффициента усиления пред­полагается, что ОУ идеальный. Поэтому коэф­фициент усиления при разомкнутой цепи ОС равен бесконечности и входной ток Ii = 0. Поскольку выходное напряжение имеет опре­деленное значение, а коэффициент усиления при разомкнутой цепи ОС равен бесконеч­ности, дифференциальное напряжение UA=0. Узел А называют виртуальной землей. Для узла А можно записать Ii= IF

и

Рассчитывая коэффициент усиления по напряжению, получаем

(1.1)

Так как узел А имеет потенциал земли, входное сопротивление ОУ

(1.2)

Рис. 1.1. Инвертирующий усилитель

Решение. Для схемы на рис. 1.1 соглас­но уравнению (1.2) .Пусть = 100 кОм. Решая уравнение (1.1) относи­тельно получаем =50 • 100 • 103 =5 • 106 =5 МОм. Знак «-» говорит о том, что сигнал подается на инвертирующий вход.

Задание. Рассчитать и промоделировать инвертирующий усилитель на основе ОУ 741 со следующими параметрами:

№ варианта
Коэффициент усиления
Входное сопротивление, кОм          
№ варианта
Коэффициент усиления
Входное сопротивление, кОм

Установить параметры генератора:

· Тип сигнала: «~»

· Частота 1 кГц

· Напряжение 10 мВ

Неинвертирующий усилитель. Усилитель может быть включен таким образом, что его выходное напряжение совпадает по фазе с входным. Такой вариант включения ОУ назы­вается неинвертирующим (рис. 1.2). Вход­ной сигнал подается на неинвертирующий вход, а инвертирующий вход соединен с ре­зистором ОС.




Задача 1.2. Разработайте неинвертирующий усилитель, обеспечивающий выходное напряже­ние 1 В при входном сигнале 10 мВ.

Теория. Для расчета коэффициента усиле­ния неинвертирующего усилителя (рис. 1.2) примем, что токи через резисторы и равны (считая Ii ~ 0 ), тогда

Используя концепцию виртуальной земли ( ), получаем

(1.3)

Если , то

(1.4)

Решение. Коэффициент усиления при зам­кнутой цепи ОС Аис = 1/0,001 = 100. Соглас­но уравнению (1.3) запишем 100=1 + или = 99. Пусть =2,2 кОм, тогда =99 - 2,2 =217,8 кОм.

Входное сопротивление неинвертирующего усилителя обычно очень велико.

Установить параметры генератора:

· Тип сигнала: «~»

· Частота 1 кГц

· Напряжение по варианту

Задание. Рассчитать и промоделировать неинвертирующий усилитель на основе ОУ 741 со следующими параметрами:

№ варианта
Выходное напряжение, В 7,5          
Входное напряжение, мВ          
№ варианта
Выходное напряжение, В
Входное напряжение, мВ

Источники тока, управляемые напряже­нием. Источники тока широко применяются в цепях смещения, измерительных и времязадающих схемах. Источник, показанный на рис. 1.3, управляется входным напряже­нием Ui.



Задача 1.3. Разработайте вольтметр для измерения напряжений в диапазоне от 0 до 10 В с использованием измерительного прибо­ра, рассчитанного на ток 1 мА, и источника тока, изображенного на рис. 1.3.

Теория. В этом источнике тока нагрузка включена между неинвертирующим входом и землей.

Ток нагрузки , (1.5)

а напряжение на ней

(1.6)

Рис. 1.3. Источник тока, управляемый напряжением

Так как , то, подставляя (1.5) в (1.6), получаем

(1.7)

и соответственно

(1.8)

Решение. Прибор включен вместо для измерения тока. Поскольку отклоне­ние стрелки прибора при токе 1 мА необхо­димо обеспечить при входном напряжении 10 В, из уравнения (1.5) находим

Задание. Рассчитать и промоделировать источник тока на основе ОУ 741 со следующими параметрами:

№ варианта
Диапазон напряжений на входе, от 0 В до ... 7,5         7.5            
Выходной ток, мА 0,6 0,8 0,2 0,75 0,9 1,2 1,4     0.6       0.9
№ варианта
Диапазон напряжений на входе, от 0 В до ... 7.5
Выходной ток, мА 0.75 0.8 0,6 0,75 0.8

Содержание отчета.

1. Краткие теоретические сведения о работе рассмотренных схем.

2. Расчетная часть в соответствии с заданием и номером варианта.

3. Результаты моделирования в программе EWB: АЧХ, ФЧХ, зависимость расчетного параметра от входных воздействий. Для задачи 1.1 и 1.2

4. Анализ полученных результатов моделирования и их соответствие расчетом.

5. Выводы.

Контрольные вопросы.

1. Объяснить принцип работы устройства по принципиальной схеме.

2. Объяснить назначение и функцию каждого элемента в принцип схеме

3. Определение – обратная связь, виды обратных связей. В каких случаях применяются положительные, а в каких отрицательные обратные связи.

4. Чем отличается реальный ОУ от идеального?

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

Выше неоднократно подчеркивалось, что параметры практических ОУ близки к парамет­рам идеальных усилителей. Однако следует остановиться на некоторых обстоятельствах. Промышленные ОУ имеют конечное значение коэффициента усиления, определенное вход­ное сопротивление, ограниченную полосу про­пускания, конкретные токи и напряжения смещения, а также определенную "склон­ность" к паразитному самовозбуждению.

Частотная коррекция. Коэффициент усиле­ния ОУ при разомкнутой цепи ОС обычно составляет 100 дБ. Однако его значение па­дает до 1 (0 дБ) на некоторой граничной частоте fС. Частотные характеристики ОУ при замкнутой и разомкнутой цепях ОС пока­заны на рис. 2.1. При разомкнутой цепи ОС коэффициент усиления на очень низких час­тотах составляет 100 дБ. В этой области гра­ничная частота равна примерно 100 Гц, а верх­няя граничная частота – 10 мГц.

Операционный усилитель обычно не ис­пользуется с разомкнутой цепью ОС. Частот­ная характеристика ОУ с ОС накладывается на график, приведенный на рис. 2.1. Коэф­фициент усиления Аис при замкнутой цепи ОС составляет 20 дБ. Частотная характеристи­ка при наличии ОС равномерна примерно до частоты 1 МГц. Расширение полосы пропус­кания достигается за счет ООС.

Усилители, имеющие частотную характеристику при разомкнутой цепи ОС, равную –60 дБ/декаду (или 18 дБ/октаву), на верхней граничной частоте нестабильны и склонны к самовозбуждению.

Рис. 2.1. Частотные характеристики типового ОУ при разомкнутой и замкнутой цепях ОС

Для предотвращения са­мовозбуждения требуется частотная коррек­ция. Коммерческие усилители применяются с внешними элементами частотной коррекции. Некоторые из них имеют встроенные ("внут­ренние") элементы частотной коррекции. Коррекция частотной характеристики обыч­но осуществляется путем подключения RС-цепочки или конденсатора к соответствующим выводам ОУ. Величины R и С обычно указы­ваются изготовителем.

Амплитудно-частотные характеристики ОУ показаны на рис. 2.2. Кривая A представляет собой прямолинейную аппроксимацию реаль­ной характеристики усилителя при разомкну­той цепи ОС, так называемую характеристику Боде. Она наиболее просто описывает частот­ные свойства усилителя и содержит всю необ­ходимую информацию. Кривые В и С являют­ся частотными характеристиками при наличии коррекции. Схема включения корректирую­щей цепочки и семейство характеристик при различных параметрах элементов этой цепоч­ки по данным изготовителя приведены на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Амплитудно-частотные характеристики усилителя

A – без коррекции; В и С – с коррекцией

Рис. 2.3. Частотная характеристика ОУ:

а — типовая схема включения корректирующей цепочки;

б — частотные характеристики для различных и (US = ±15 В, TA = 25 °С) : 1C1 = 300 пФ, = 470 Ом; 2 - С1 = 0,001 мкФ, = 150 Ом; 3 - С1 = 0,04 мкФ; = 33 Ом; 4 - С, = 0,4 мкФ, = 4,7 Ом

Напряжение смещения.В идеальном случае при отсутствии напряжения на входе ОУ на его выходе напряжение также должно быть равно нулю. Однако на выходе реального ОУ при отсутствии напряжения на входе наблюдает­ся напряжение от нескольких микровольт до нескольких милливольт. Возникновение этого напряжения обусловлено различием пара­метров компонентов схемы. Обычно подоб­ный эффект отображается в виде входного напряжения смещения Uj0. В результате на выходе ОУ создается напряжение, называе­мое напряжением ошибки.

Входной ток смещения Ij0также влияет на определение значения этого напряжения. Практически постоянный ток смещения созда­ется в цепи каждого входа ОУ. Если эти токи не равны, то их разность и составляет входной ток смещения. Ток Ij0 обычно измеряется в наноамперах.

Рис. 2.4. Пример схемы смещения ОУ

Для компенсации напряжения ошибки из­готовители ОУ используют различные схемы установки нуля на выходе. Одна из таких схем, рекомендуемая для ОУ типа ua741 (К140УД6), показана на рис. 2.4. Выводы 1 и 5назы­ваются выводами установки нуля, и между ними включается переменное сопротивление 10 кОм, изменяя положение движка которо­го, устанавливают нуль на выходе ОУ при отсутствии входного сигнала. Движок пере­менного сопротивления подключается к источ­нику отрицательного напряжения (-Uпит).

УСИЛИТЕЛЬ НОРТОНА

Усилитель Нортона, или дифференциаль­ный усилитель тока, используется для усиле­ния переменных сигналов при наличии одно­го источника. Его выходное напряжение про­порционально разности входных токов. Так как для питания усилителя применяется один источник питания (смещения), необходим раз­делительный конденсатор. Усилитель Нортона является наиболее простым устройством сре­ди широко распространенных типов ОУ.

Задача 2.1. Разработайте инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления пере­менного напряжения, равным -100.

Теория. Схема инвертирующего усилите­ля Нортона приведена на рис. 2.5. Коэффи­циент усиления усилителя определяется со­отношением

(2.1)

Сопротивление включенное между не­инвертирующим входом и +U, должно быть в 2 раза больше для создания необходи­мого смещения.

Решение. Полагая, что = 100 кОм, из уравнения (2.1) определяем

Рис. 2.5. Пример схемы смещения ОУ

Задание. Рассчитать и промоделировать инвертирующий усилитель Нортона на основе ОУ 741 со следующими параметрами:

№ варианта
Диапазон напряжений на входе, от 0 В до ... 0,4 0,5 7,5     7,5                
Коэффициент усиления 0,5 1,2 1,4          
№ варианта
Диапазон напряжений на входе, от 0 В до ... 0,5
Коэффициент усиления 0,5 1,4 1,2 1,5 0,5

Принять:

· RL=47кОм

· С=0,1мкФ

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ОУ

С помощью ОУ можно выполнять различ­ные математические действия: сложение, вы­читание, умножение, деление, возведение в сте­пень, извлечение корней, а также интегриро­вать и дифференцировать математические функции.





Дата добавления: 2013-12-29; просмотров: 636; Опубликованный материал нарушает авторские права? | Защита персональных данных


Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: На стипендию можно купить что-нибудь, но не больше... 9472 - | 7511 - или читать все...

Читайте также:

  1. I. Введение. Современный бой является общевойсковым боем. Для него характерны применение ядерного оружия, участие большого количества сухопутных войск с их разнообразной
  2. АГРИКУЛЬТУРА СРЕДНЕВЕКОВЬЯ И ЭПОХИ ВОЗРОЖДЕНИЯ. ник), рис, нашедший применение в Ломбардии, хлопчатник, нашедший место в Южной Испании. Раньше о хлопке доходили в Европу только рассказы о том, что на
  3. АГРОНАУКА В XVIII веке. против «клевероутомления», и применение гипса стало распространяться. Но одного гипса было недостаточно, а кроме того, однолетнее пользование было
  4. Анализ рельефа земель сельхозугодий с применением ArcView GIS 3.1
  5. Атаки второго намерения. Широкое применение в сабельном фехтовании разного рода контратак и ответов ударом по голове приводит саблистов к необходимости применять контрмеры в виде атак
  6. В последние годы получили применение
  7. ВЕРОНИКА ЛЕКАРСТВЕННАЯ. Вербейник находит применение только в народной медицине, в основном как кровоостанавливающее средство: наст
  8. Взаимодействие спроса и предложения, его практическое применение
  9. Взаимодействие спроса и предложения, его практическое применение
  10. Виды стандартов. Выделяют несколько видов стандартов. Применение в конкретной ситуации того или иного стандарта определяет­ся характерными чертами и спецификой объекта
  11. Виды удобрений и их применение в лесных питомниках
  12. Виды, порядок разработки и применение международных и региональных европейских стандартов


 

18.232.188.251 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.


Генерация страницы за: 0.008 сек.