Министерство образования Российской  Федерации

                    Рязанская государственная радиотехническая  академия 
 

Кафедра АиТП 
 
 
 
 
 
 
 
 

РАСЧЕТ  СХЕМ С ОПЕРАЦИОННЫМИ              УСИЛИТЕЛЯМИ

Пояснительная записка к курсовой работе

по  курсу “Общая электротехника и электроника ”. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       Выполнил

       студент группы 4310______________________________ 
 

        Принял:                      ________________________________ Миловзоров В.П. 
 

                                                                 

                                                                 2006

                                          Содержание 

1. Характеристики операционного усилителя …………………………………                                        

2. Введение ………………………………………………………………………                                                                                                  

3. Расчет пропорционально-интегрального усилителя………………………..                                       

4. Расчет пропорционально-дифференциального усилителя…………………                         

5.Расчет неинвертируемого  усилителя переменного напряжения…………...          

6. Расчет сравнивающего устройства…………………………………………..                                                                              

7.Заключение…………………………………………………………………….                                                                                                                                      

8.Список литературы............................................................................................                                                                                                                   

 

                                       

Характеристики  операционного усилителя

К140 УД7. 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

Введение. 

  Операционный  усилитель – это усилительное устройство с большим коэффициентом усиления в широкой полосе частот, начиная с нулевой частоты. Операционный усилитель, как правило, сложное многокаскадное электронное устройство, частично выполненное на дифференциальных усилительных каскадах.    Условное обозначение операционного усилителя:

    
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  Обычно  операционный усилитель имеет две  пары входных и одну пару выходных электродов. Вход, напряжение на котором совпадает по фазе с выходным напряжением, носит название неинвертирующий, обозначается знаком «+».Второй вход, напряжение на котором сдвинуто по фазе на 180º относительно выходного напряжения, носит название инвертирующего, обозначается ○ или знаком « - ».

  Характерной особенностью операционного усилителя  является то, что он дает возможность  получить близкое к нулю выходное напряжение при отсутствии входного сигнала. При этом потенциалы обоих  входов будут близки к потенциалу выхода усилителя. Эти свойства операционного усилителя позволяют подключать нагрузку и источники входных напряжений, не заботясь о разделении переменной и постоянной составляющих. В составе операционного усилителя условно можно выделить входную, выходную части и каскады связи между ними.

  Входная часть операционного усилителя  содержит дифференциальные усилители. Выходная часть включает каскады усиления по мощности и обеспечивает работу операционного усилителя на заданную нагрузку с определенной амплитудой выходного напряжения. Каскады связи служат для усиления по напряжению и позволяют осуществить согласование уровней сигнала. 
 

1. Расчет  пропорционально-интегрального  усилителя.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  Эта схема должна обеспечить на выходе напряжение, связанное с входным  выражением:

  U_выхI(t)= - aU₁(t) - b dt.

  Начать  расчет целесообразно с определения  минимально возможного значения сопротивления резистора R_I , которое обеспечивало бы  выполнение условия, упомянутого в пункте 3 задания курсового проекта. Напомним, что пункт 3 требует, чтобы падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника входного сигнала не превышало бы 1,00%.

    Для входного сигнала можно  записать:

  I_вх=

,

подставим это выражение в условие пункта 3:

  

;

  

  Для ограничения e можно найти минимально допустимое значение R_I(R_1min).

  Сокращая  на Е, получим, что:

  

; 

  

, отсюда 

   

.

  Так как R_вн=300 Ом, а e =1,30 % = 0,013, то получаем

  

.

  Продолжая расчет схемы ПИ-звена, рассчитаем сопротивление  R₂ и емкость конденсатора С₂.

  Обеспечение заданного a.

  Так как  , то .

  Задано a=0,15, тогда .

  Обеспечение заданного b.

   b - величина, обратная постоянная времени и определяется выражением

  

.

  Откуда  .

  Задано b=8,80, тогда .

  Обеспечение равенства сопротивлений по обоим входам операционного усилителя. Для отсутствия у входа нуля операционных усилителей при некоторой несимметрии их по входу рекомендуется сопротивления (активные), подключенные к обоим входам усилителя выполнять равными. Так как в схеме пропорционально-интегрального регулятора сопротивление ко входу «минус» определяется суммой R_вн+R_I, соединенных параллельно сопротивлению R₂, то сопротивление R₃, присоединенное ко входу «плюс» следует вычислить по формуле:

  

.

  Сравнение параметров идеальной и реальной схем.

  В пункте 6 задания на КП предложено сравнить значения параметров идеальной и реальной (фактической) схем: коэффициентов усиления и значения входного и выходного сопротивлений схемы.

    Запишем формулу реального значения схемы, а именно, коэффициента a:

1.  .

  Из  формулы, очевидно, что чем выше К_ОУ, тем точнее работает схема.

  Схема рассчитывается на схеме К153 УД6, подставив все данные, получим:

2. .
3. .

 
 
 

  Результаты  сравнения удобно представить в  виде таблицы: 

 
 

Определение формы выходного  напряжения ПИ-регулятора.

  В пункте 4 указано, что источником входного сигнала U₁ является меандр с амплитудой ±1В и периодом 1,0 сек.

  Таким образом, U_вх1 имеет вид:

 

Так как  пропорциональная составляющая равна a=0,15, то она будет иметь вид:

 
 

  Интегральная  составляющая определяется формулой:

  -8,80 U_вх1t= -8,80·1·0,4= -3,52B. А так  как постоянная составляющая равна 0, то интегральная составляющая имеет вид: 

    

  Так как выходное напряжение равно сумме  пропорциональной и интегральной составляющих, то полное напряжение примет вид: 

 
 

Обратим внимание, что значение U_вых1 не превышает максимального значения U_вых  ОУ, а значит, вычисленная форма выходного напряжения не будет искажена, так как это напряжение изменяется в пределах линейного участка выходной характеристики ОУ.