Расчет параметров инвертирующего и неинвертирующего усилителейй.. Решение Промышленность выпускает различные типы операционных усилителей, каждый из которых разрабатывается под конкретные изделия.
![]()
|
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» ![]() Инженерная школа энергетики Электроэнергетика и электротехника «Расчет параметров инвертирующего и неинвертирующего усилителей» Индивидуальное задание № 1 по дисциплине: Электроника 2.1 Исполнитель: студент группы 5А6А Абдуллаев Берик Серикович Руководитель: кандидат технических наук Чернышев Игорь Александрович Томск - 2018 Задание №1 Рассчитать параметры инвертирующего усилителя (рис. 1), выполненного на операционном усилителе, который обеспечивает коэффициент усиления по напряжению ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Рис.1. Схема инвертирующего усилителя Решение: Промышленность выпускает различные типы операционных усилителей, каждый из которых разрабатывается под конкретные изделия. Наиболее простыми являются ОУ марки К140УД6, К140УД7, К1410УД20. Для выполнения инвертирующего усилителя выбираем ОУ марки К140УД6, который имеет следующие основные параметры: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Условные обозначения параметров операционного усилителя: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Значение сопротивления резистора ![]() ![]() ![]() ![]() Решим уравнение относительно сопротивления ![]() ![]() Подставив в выражение численные значения параметров, получим ![]() Для ограничения выходного тока операционного усилителя увеличиваем ![]() Сопротивления резистора ![]() Принимаем ![]() Определим мощность резистора ![]() ![]() ![]() Подставив численные значения параметров в выражение, имеем ![]() Тогда мощность резистора ![]() ![]() или после подстановки численных значений параметров ![]() С учетом стандартного ряда мощностей выбираем резистор ![]() Коэффициент усиления инвертирующего усилителя определяется в соответствии с выражением ![]() Решая выражение относительно ![]() ![]() После подставки численных значений параметров: ![]() Сопротивление резистора ![]() ![]() Определим мощность резистора ![]() ![]() Тогда ![]() и ![]() С учетом численных значений параметров ![]() Из ряда стандартных мощностей выбираем резистор ![]() С целью уменьшения токов и напряжений сдвигов в схему включают резистор ![]() ![]() ![]() Подставив найденные значения сопротивлений ![]() ![]() ![]() Сопротивление резистора ![]() ![]() Так как операционный усилитель охвачен обратной связью и по входным цепям не потребляет тока, то мощность резистора ![]() ![]() В соответствии с выражением проведем проверку коэффициента усиления инвертирующего усилителя ![]() Погрешность вычислений находим по выражению ![]() С учетом найденного значения ![]() ![]() ![]() Погрешность не превышает 5 %, поэтому найденные значения резисторов можно считать приемлемыми. ![]() Рис.2. Модель инвертирующего усилителя в программной среде Electronics Workbench ![]() Рис.3. Осциллограммы цифрового осциллографа Из осциллограмм (рис. 3) следует, что при входном напряжении инвертирующего усилителя ![]() ![]() Тогда коэффициент усиления по напряжению инвертирующего усилителя можно определить по уравнению ![]() Следовательно, параметры инвертирующего усилителя с заданным коэффициентом усиления ![]() Задание №2 Рассчитать параметры неинвертирующего усилителя (рис. 4), выполненного на операционном усилителе, который обеспечивает коэффициент усиления по напряжению ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Рис.4. Схема неинвертирующего усилителя Решение: Для расчетов используем операционный усилитель типа К140УД6. Определяем сумму сопротивлений резисторов ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Решим выражение относительно ![]() ![]() Коэффициент усиления неинвертирующего усилителя определяется в соответствии с выражением ![]() Из выражения определим отношение сопротивлений ![]() ![]() ![]() Решая систему уравнений относительно ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Найдем ток, протекающий через резисторы ![]() ![]() ![]() Подставив численные значения параметров в выражение, получим ![]() В соответствии с выражением определим мощность резисторов ![]() ![]() ![]() ![]() С учетом ряда стандартных мощностей выбираем резистор ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() С целью уменьшения токов и напряжений сдвигов в схему (рис.4) включают резистор ![]() ![]() ![]() Согласно стандартному ряду сопротивлений принимаем ![]() Так как ОУ охвачен обратной связью и не потребляет ток по входным цепям, то ток, протекающий через ![]() ![]() ![]() ![]() Проведем проверку коэффициента усиления неинвертирующего усилителя по выражению: ![]() По уравнению определяем погрешность вычислений ![]() Погрешность превышает 5 %, поэтому найденные значения резисторов считаем не приемлемыми. Необходимо вручную выбрать и задать резистор ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Подставив численные значения параметров в выражение, получим ![]() В соответствии с выражением определим мощность резисторов ![]() ![]() ![]() ![]() С учетом ряда стандартных мощностей выбираем резистор ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() С целью уменьшения токов и напряжений сдвигов в схему (рис.4) включают резистор ![]() ![]() ![]() Согласно стандартному ряду сопротивлений принимаем ![]() Так как ОУ охвачен обратной связью и не потребляет ток по входным цепям, то ток, протекающий через ![]() ![]() ![]() ![]() Проведем проверку коэффициента усиления неинвертирующего усилителя по выражению: ![]() По уравнению определяем погрешность вычислений ![]() Погрешность не превышает 5 %, поэтому найденные значения резисторов можно считать приемлемыми. ![]() Рис.5. Модель неинвертирующего усилителя в программной среде Electronics Workbench ![]() Рис.6. Диаграммы входного и выходного напряжений неинвертирующего усилителя Из диаграмм напряжений следует, что при входном напряжении инвертирующего усилителя равном ![]() ![]() Коэффициент усиления по напряжению неинвертирующий усилитель определяется как отношение выходного напряжения ![]() ![]() ![]() Анализ полученных диаграмм (рис. 6) показывает, что коэффициент усиления неинвертирующего усилителя составляет 10,062. Следовательно, параметры неинвертирующего усилителя с заданным коэффициентом усиления ![]() Вывод: в первом задании все расчеты были сделаны верно, так как погрешность составила 0%, также расчеты велись легко благодаря готовому файлу Mathcad в электронном курсе. Диаграммы осциллографов показали, что коэффициент усиления по напряжению в инвертирующем усилителе действительно равен 10. Во втором задании расчеты велись верно, но в конце погрешность составила более 5%, что свидетельствовало о неприемлемости значений резисторов. Следуя инструкциям, я поменял ![]() |