На основе заданного операционного усилителя разработать схему инвентирующего усилителя низкой частоты с коэффициентом усиления Кu и минимальным входным напряжением Uвхmin=(5 мВ – группа №1;10 мВ – группа №2;15 мВ – группа №3;20 мВ – группа №4). Исходные данные приведены в таблице 3.1. Определить максимальное входноенапряжение синусоидального сигнала Uвхmax, при котором не будет значительных искажений выходного сигнала. Описать работу схемы, осуществить моделирование её работы при Uвхmin<Uвх1 <Uвхmax и Uвх2 >Uвхmax.
Таблица 3.1 – Исходные данные к задаче 1
| Номер варианта | Тип операционного усилителя | K u | |
| 1 | 2 | 3 | |
| 1 | КР140УД7 (μA741CD) | 10 | |
| 2 | КР140УД11 (LM318N8) | 12 | |
| 3 | КР140УД14 (LM308AM8) | 14 | |
| 4 | КР1408УД1 (LM343H) | 16 | |
| 5 | КР140УД18 (LF355BN) | 18 | |
| 6 | К140УД10 (LM118P) | 20 | |
| 7 | КР140УД7 (μA741CD) | 22 | |
| 8 | КР140УД11 (LM318N8) | 24 | |
| 9 | КР140УД14 (LM308AM8) | 26 | |
| 10 | КР1408УД1 (LM343H) | 28 | |
| 11 | КР140УД18 (LF355BN) | 30 | |
| 12 | К140УД10 (LM118P) | 32 | |
| 13 | КР140УД7 (μA741CD) | 34 | |
| 14 | КР140УД11 (LM318N8) | 36 | |
| 15 | КР140УД14 (LM308AM8) | 38 | |
| 16 | КР1408УД1 (LM343H) | 40 | |
| 17 | КР140УД18 (LF355BN) | 42 | |
| 18 | К140УД10 (LM118P) | 44 | |
| 19 | КР140УД7 (μA741CD) | 46 | |
| 20 | КР140УД11 (LM318N8) | 48 | |
| 21 | КР140УД14 (LM308AM8) | 50 | |
| 22 | КР1408УД1 (LM343H) | 52 | |
| 23 | КР140УД18 (LF355BN) | 54 | |
| 24 | К140УД10 (LM118P) | 56 | |
| 25 | КР140УД7 (μA741CD) | 58 | |
Окончание таблицы 3.1
| 1 | 2 | 3 | |
| 26 | КР140УД11 (LM318N8) | 60 | |
| 27 | КР140УД14 (LM308AM8) | 62 | |
| 28 | КР1408УД1 (LM343H) | 64 | |
| 29 | КР140УД18 (LF355BN) | 66 | |
| 30 | К140УД10 (LM118P) | 68 | |
| 31 | КР140УД11 (LM318N8) | 20 | |
Пример решения задачи 1. Вариант 31
Параметры операционного усилителя КР140УД11 (аналог LM318N8) (приложение Е):
– номинальное напряжение питания U пит ном=±15 В;
– коэффициент усиления K u ОУ=30000;
– максимально допустимое выходное напряжение U выхmax=12 В;
– разность входных токов Δ I вх=0,2 мкА;
– входное сопротивление Rвх=0,4 МОм;
– минимальное сопротивление нагрузки RН min=2 кОм.
Разработанная схема инвертирующего усилителя низкой частоты приведена на рисунке 3.1 (цепи балансировки нуля – NC и частотной коррекции – FC не используются). Принцип ее работы описан в [2].
Рисунок 3.1 – Схема инвертирующего усилителя на ОУ КР140УД11
Для инвертирующего усилителя на ОУ входное сопротивление Rвх= R1. Чтобы не загружать источники сигнала, величину R1 желательно иметь большой. Но падение напряжения на R1 от разностного тока ΔIвх воспринимается усилителем как сигнал. Чтобы отстроить эту помеху от полезного сигнала, надо иметь ΔIвх·R1 значительно меньше, чем Uвхmin.
кОм >>R1.
Принимаем из стандартного ряда Е24 (приложение В)R1 = 5,1 кОм, тогда
ΔIвх·R1 = 0,2·5,1= 1 мВ <<Uвхmin= 10 мВ.
Сопротивление обратной связи
R2 =Ku·R1= 20·5,1 = 102 кОм.
Принимаем R2 =100 кОм.
Для уравнивания входных токов ОУ по обоим входам в цепь неинвертирующего входа включают резистор R3:
кОм.
Принимаем R3 =4,7 кОм.
Амплитуда выходного сигнала не может быть больше максимального выходного напряжения (для данного типа ОУ – 12 В). Поэтому действующее значение максимального входного синусоидального сигнала составит:
В.
Модель инвертирующего усилителя на ОУ в среде Multisim (файл «Усилитель на ОУ.ms11») приведена на рисунке 3.2. Результаты моделирования при напряжении, не превышающем U вхmax: U вх =0,2 В;U вых =3,92 В.
Коэффициент усиления
≈20, что соответствует заданию.
Временные диаграммы работы усилителя при различных уровнях входного сигнала представлены на рисунке 3.3. Выходное напряжение Uвых смещено относительно входного Uвх на 180° (инвертирующий усилитель). При входном напряжении Uвх=1В, превышающем Uвхmax, наблюдается ограничение выходного напряжения на уровне Uвыхmax=12В (рисунок 3.3, б).
Рисунок 3.2 – Модель инвертирующего усилителя на ОУ
а)
б)
Рисунок 3.3 – Временные диаграммы работы инвертирующего усилителя на ОУ при входном напряжении U вхmax=0,2 В (а) и U вхmax=1 В (б)
Дата: 2018-12-21, просмотров: 475.
