Раздел 2. Расчет схемы на операционном усилителе

 

2.1 Исходные данные

Внутренние сопротивления источников сигнала – RG1 =25 кОм, RG1=25кОм

Коэффициенты усиления по напряжению – Кu1 =30, Кu2=20

Динамический диапазон – D =28 дБ

Максимальная рабочая температура – Tм =30 ÅС

 

2.2 Схема неинвертирующего усилителя

 

Рисунок 2.1 – Схема неинвертирующего усилителя

 

2.3 Назначение элементов схемы

DA1 – усиливающий элемент

R1,R2,R4 – служат для получения требуемого коэффициента усиления

R3 - компенсационный резистор, служит для компенсации ошибки ОУ, которая возникает при протекании входного тока смещения ОУ через резисторы, подключенные к инвертирующему входу.

RG1,UG1; RG2,UG2 - Эквиваленты источников входного сигнала схемы по постоянному току.

 

2.4 Принцип действия схемы

Суммирующий усилитель является частным случаем инвертирующего усилителя, на выходе которого получается повернутый на 180є входной сигнал, пропорциональный алгебраической сумме входных сигналов. Поскольку точка суммирования токов А имеет нулевой потенциал (приняли потенциал инвертирующего входа равным нулю), можно записать I1=Uвх1/R1 I2=Uвх/R2. Ток в цепи обратной связи равен по 1 закону Кирхгофа сумме входных токов Iос=I1+I2. Тогда выходное напряжение сумматора

Из формулы видно, что усиление по каждому входу можно регулировать, меняя сопротивление входной цепи. Достоинством сумматора на ОУ является то, что суммирование напряжений производится независимо друг от друга, то есть без взаимных помех источников суммируемых сигналов, так как эти сигналы суммируется относительно земли.

 

2.5 Расчет схемы

2.5.1 Рассчитаем сопротивление R1, кОм так как Ku1RG1>Ku2RG2: 750>500

Для обеспечения минимального влияния сопротивления источника сигнала RG1 на значение коэффи­циента усиления Ku1 необходимо, чтобы входное сопротивление R1 было много больше сопротивления источника сигнала RG1 в 5…10 раз

, (2.1)

кОм

Округляем полученное значение сопротивления до стандартного значения R1 = 130 кОм.

 

2.5.2 Рассчитаем значение сопротивления резистора обратной отрицательной связи R4.

, (2.2)

кОм

Округляем полученное значение сопротивления до стандартного значения R4 = 3900 кОм

 

2.5.3 Рассчитываем значение сопротивления резистора R2

кОм

Округляем полученное значение сопротивления до стандартного значения R2 = 200 кОм

 

2.5.4 Рассчитываем значение компенсирующего резистора на втором входе ОУ

кОм

Округляем полученное значение сопротивления до стандартного значения R3=82кОм

2.5.5 Выберем операционный усилитель согласно следующих условий:

max{R1,, R2,, R3,} << Rвх ОУ,,

Rвых ОУ << R3 << Rвх ОУ, (2.3)

Uсм доп > U∑см ОУ

 

Выбираем операционный усилитель К140УД6 со следующими параметрами опе­рационного усилителя

Коэффициент усиления ;

Входное сопротивление Rвх = 1 МОм;

Выходное сопротивление Rвых = 1 кОм;

Разность входных токов ∆Iвх = 10 нА;

Тепловая разность входных токов нА/К;

Напряжение смещения Uсм =5 мВ;

Температурный дрейф напряжения смещения мкВ/К;

Напряжение питания Uпит = í15 В.

Условия пригодности ОУ по входному и выходному сопротивлению выполня­ются. Проверим условие по напряжению смещения.

 

2.5.6 Рассчитаем Uсм доп по эквивалентному коэффициенту усиления KU экв

=30+20=50, (2.4)

и заданному динамическому диапазону D:

, (2.5)

где допустимое смещение на выходе усилителя находим следующим образом:

,

Uвых max =11 В,

В

Принимаем KU2 = 0, тогда .

мВ.

 

2.5.7 Рассчитаем суммарное, приведенное ко входу, смещение ОУ по следующей формуле

, (2.6)

где - напряжение смещения, вызываемое разностью входных токов;

- напряжение смещения, вызываемое тепловым дрейфом входных то­ков;

- тепловое смещение напряжения;

(2.7)

мВ.

, (2.8)

где T0 – температура при нормальных условиях T0 = 25 ÅС

мВ.

, (2.9)

мВ,

мВ

мВ > мВ, следовательно операционный усилитель вы­бран правильно.

2.6 Найдем максимально допустимую амплитуду напряжения источника сигнала:

В (2.10)

 

В