АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Задачи и методические рекомендации. Задача 13.В схемах инвертирующего (рис.30) и неинвертирующего (рис.31) включений операционного усилителя (ОУ) определить: величину фактора обратной связи

Задача 13. В схемах инвертирующего (рис.30) и неинвертирующего (рис.31) включений операционного усилителя (ОУ) определить: величину фактора обратной связи, коэффициент усиления, входное и выходное сопротивления.

Рис.30 Рис.31

Параметры отечественных интегральных ОУ приведены в табл. 1. Для данной задачи необходимо знать коэффициент усиления ОУ (), входное () и выходное () его сопротивления.

Методические рекомендации

Фактор обратной связи определяется выражением (), где - коэффициент усиления ОУ, а - коэффициент передачи цепи обратной связи.

Для инвертирующей схемы , для неинвертирующей - .

Коэффициент усиления схем, изображенных на рис.30 и 31, благодаря действию отрицательной обратной связи равен:

- для инвертирующего усилителя,

- для неинвертирующего.

Входное сопротивление:

- для инвертирующего усилителя,

- для неинвертирующего.

Для эффективной работы схемы с генератором входного сигнала необходимо выполнение условия . Это условие является основным при ограничении снизу величины . Сопротивление резистора обратной связи обычно имеет значение от 1 кОм до 1 МОм. Если выбрать большим, то и в схемах будет относительно высоким. При этом рабочие токи будут относительно малыми. Однако при этом сужается ширина полосы пропускания и возникают большие смещения передаточной характеристики, связанные с входными токами смещения, особенно если используются ОУ с биполярными входами, с большими входными токами . Если же выбирать малым, порядка 1 кОм, влияние паразитных емкостей уменьшается, быстродействие увеличивается, но рабочие токи станут относительно большими. Таким образом, выбор оказывается компромиссным и зависит от конкретных требований.

Выходные сопротивления для инвертирующей и неинвертирующей схем усилителей одинаковы и равны .

Таблица 1

Тип ОУ	Параметры ОУ
, В	, В	,	, мОм	, Ом	, нА	, В/мкс
140УД6
140УД7				0,4			0,5
140УД14							0,05
140УД17							0,1
140УД20				0,4			0,3
154УД1				1,0
154УД3				1,0
574УД2						1,0
1401УД3							0,5
1408УД1				1,0

Задача 14. Произвести суммирование (вычитание) двух аналоговых сигналов и . Определить ограничения величин возможных изменений

этих сигналов с тем, чтобы сумматор (вычитатель) работал в линейном режиме и не искажал результат арифметического действия. Известна схема сложения (вычитания), в состав которой входят следующие элементы: масштабные резисторы и операционный усилитель с определёнными величинами напряжений питания и .

Методические рекомендации

Схемы сложения и вычитания на операционном усилителе в разных режимах включения показаны на рис.32 … 35.

Рис. 32 Рис. 33

Рис.34 Рис.35

Суммирование на усилителе-повторителе (рис.32) входных напряжений и происходит на прямом входе усилителя. При этом выходное напряжение .

Сложение входных напряжений на инвертирующем входе усилителя-инвертора (рис. 33) формирует выходное напряжение, равное

.

При дифференциальном включении усилителя (рис. 34) для сложения или вычитания входных напряжений и напряжение на выходе усилителя .

Максимальное значение суммарного сигнала на входе усилителя, при котором он работает ещё в линейном режиме, т. е. когда выходное напряжение ещё не достигает максимального значения, равного или , называется динамическим диапазоном усилителя. Для операционного усилителя динамический диапазон исчезающе мал - , так как коэффициент его усиления очень велик. Для ОУ с отрицательной обратной связью динамический диапазон больше, так как определяется уже меньшим вследствие действия обратной связи коэффициентом усиления: или . Знаки «+» и «-» означают, в какой области напряжений – положительной или отрицательной - изменяется выходное напряжение при воздействии входного сигнала.

В схемах, изображенных на рис.32 … 34, сумма входных сигналов и не должна выходить за пределы динамического диапазона.

Для того чтобы увеличить диапазон возможных величин входных напряжений, которые необходимо складывать или вычитать, применяют каскадное включение ОУ. К примеру, применение двух усилителей-инверторов (рис.35) позволяет получить разность двух однополярных напряжений, максимальные значения каждого из которых соответствуют пределу динамического диапазона применяемых операционных усилителей. В этой схеме напряжение на выходе усилителя 1 равно

, а на выходе усилителя 2 - .

Задача 15. Для компаратора (рис.36) на основе операционного усилителя из предыдущей задачи рассчитать момент сравнения и ошибку момента сравнения (рис.37), вызванную его разрешающей способностью, если известно, что на инвертирующий вход подается линейно изменяющееся напряжение со скоростью , а на неинвертирующий вход - опорное напряжение , значения которого задаются в табл. 1. Все остальные данные, необходимые для расчета , взяты из предыдущей задачи.

Рис.36

Методические рекомендации

Задать необходимые исходные данные для расчетов: , , , , .

Определить зону неопределённости сравнения , вызванную конечной величиной коэффициента усиления ОУ, . Ширина этой зоны характеризует чувствительность или разрешающую способность компаратора:

.

Рассчитать время до момента сравнения, в течение которого напряжение изменяется от 0 до , и ошибку определения момента сравнения , причиной которой является разрешающая способность компаратора по выражениям .

а) б)

Рис.37

Выполнив анализ передаточной характеристики и временных диаграмм, изображенных на рис. 37, определить, что нужно предпринять, чтобы уменьшить ошибку момента сравнения.

Дата добавления: 2015-09-27 | Просмотры: 964 | Нарушение авторских прав