Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Национальный исследовательский Томский политехнический Университет»


Институт

электронного обучения


Индивидуальное домашнее задание

Вариант - 18


по дисциплине:

Электроника 1.3

Исполнитель:
студент группы
Руководитель:
преподаватель

Томск - 20

Задание №1

Цели задачи: изучить основные параметры и характеристики операционного усилителя. Научиться рассчитывать устройства, выполняющие различные математические операции над входными аналоговыми сигналами, на ОУ.

Исходные данные: Марка ОУ – К153УД4, А₁=13, А₂=18.

Решение:

1. 
   Для заданного типа ОУ приведем его графическое изображение по ГОСТ (Рис. 1) и опишем назначение выводов.
   

Рис. 1. Условное графическое обозначение микросхемы ОУ К153УД4.

Краткое описание:

ОУ К153УД4 - маломощные, характеризуемые наименьшей потребляемой мощностью, а также

---

возможностью внешней регулировки тока смещения, такие ОУ называют также программно-управляемыми. Коэффициент усиления невысок и составляет всего 5000. Стандартное значение этого коэффициента в классе ОУ составляет 25000 – 50000.

Назначение выводов К153УД4:
1, 7, 11 – балансировка;
2– вход (-);
3 – вход (+);
6 – питание -U_п;
8 - выход;

9 – питание +U_п;

12 – «земля».

2. 
   Нарисуем схему подключения источников питания к ОУ.
   

Рис. 2. Схема подключения источников питания к ОУ.

3. 
   Построим на ОУ К153УД4 устройства умножения сигнала на постоянные заданные (А₁, А₂) положительные и отрицательные множители. На рис. 3. представлена схема инвертирующего включения ОУ, которая реализует операцию умножения на постоянное число А₁=-R₃/R₂. При таком включении используется ООС параллельная по входу и выходу. Коэффициент ООС при таком включении определяется выражением:
   

.

Входное сопротивление инвертирующего усилителя на ОУ с большим коэффициентом усиления имеет относительно небольшое значение и примерно равно величине R₂.

Величина R₃ определяется коэффициентом ООС, т.е.

.

На практике величина R₃ принимается равной нескольким сотням кОм.

По ряду Е24 выбираем R₂ = 620 кОм, тогда R₃ = 0,071*620≈43 кОм.

Тогда входное и выходное сопротивление с применением обратной связи определяется:

,

.



Рис. 3. Инвертирующее включение ОУ.
АЧХ ОУ К153УД4 приведена на рис. 4. Δf – полоса пропускания усилителя, равная 10 Гц (по уровню 0,707). Частота среза fср ОУ без ООС равна 500 Гц.

Полоса рабочих частот при включении ООС увеличится на величину ( ) и составит:

.

Максимальный выходной синусоидальный сигнал определится из исходных данных ( - скорость нарастания выходного напряжения и частоты входного сигнала

---

). Таким образом:

- при : , при отсутствии ООС.

- при : , при отсутствии ООС.


Рис. 4. АЧХ ОУ К153УД4.
На рис. 5 представлена схема неинвертирующего включения ОУ, которая реализует операцию умножения на постоянное число А₂=1+R₃/R₂. При таком включении используется ООС параллельная по входу и выходу. Коэффициент ООС при таком включении определяется выражением:

.

Тогда входное и выходное сопротивление с применением обратной связью определяется:

,

.


Рис. 4. Неинвертирующее включение ОУ.

4. 
   Построим устройство суммирования двух сигналов с различными коэффициентами по следующей математической операции: . При построении схемы будет взято неинвертирующее включения ОУ. Наиболее типовым решением является построение сумматора по заданному условию на основе 3х ОУ, где два ОУ реализуют множители сигналов, а выходной ОУ реализует сумматор, но поскольку в задачу входит построение сумматора с наименьшим числом ОУ, то необходимо реализовывать сумматор по схеме 2х ОУ.
   

Рис. 5. Реализация сумматора по заданной математической операции на двух ОУ К153УД4.

В схеме (рис. 5) номиналы резисторов для реализации заданных коэффициентов умножения сигналов по каналу определяются выражениями:
;

.

Принимая значения для определим номиналы остальных резисторов:

---

5. 
   Построим интегратор на заданном ОУ (рис. 6). Рассчитаем элементы интегратора для постоянной интегрирования . Для расчета элементов интегратора необходимо задаться одним из элементов, лучше задаваться емкостью, а значение резистора рассчитывать из значения длительности интегрирования. Зададимся , тогда .
   

Рис. 6. Принципиальная схема интегратора на ОУ К153УД4.

Ошибка интегрирования имеет наибольшее значение при и определяется выражением:

.

6. 
   Построим график выходного сигнала интегратора при входном прямоугольном двухполярном сигнале с амплитудой 0,1В и частотой следования импульсов .
   

Поскольку сигнал периодический, для описания выходного напряжения достаточно рассмотреть один полный период. Выходное напряжение можно записать как функцию времени:



После интегрирования получаем наклонную прямую на каждом полупериоде.

При любом сигнале на входе изменение сигнала на выходе должно начинаться от того значения, которое выходной сигнал имел к моменту прихода входного сигнала. На временных диаграммах (Рис 7) период



Рис 7. Временные диаграммы работы интегратора при подаче двуполярного прямоугольного напряжения.
7. Обеспечим входное сопротивление устройства Rвхсв=А1, кОм.

Для интегратора входное сопротивление равно:



Т.к. стандартное значение входного сопротивления ОУ составляет 1 Мом, а К более единицы, то входное сопротивление ОУ Rвхсв>А1.
8. Рассчитаем и построим график амплитудно-частотной характеристики интегратора в логарифмическом масштабе. Для определения АЧХ необходимо выразить передаточную функция интегратора:

---

.

Переходя в частотную область получим:

.

АЧХ определяется как модуль передаточной функции от частоты:

,

а в логарифмическом масштабе:

.

Построим график АЧХ интегратора в логарифмическом масштабе (рис. 8).



Рис. 8. АЧХ интегратора в логарифмическом масштабе.

Задание № 2.

Расчет источников питания
1) Рассчитать параметрические стабилизаторы для питания данного ОУ от двух источников постоянного напряжения ±30В ± 10 % при этом изменение напряжения питания ОУ не должно превышать 0,5 %.

Расчет параметрического стабилизатора

Исходные данные:

-номинальное выходное напряжение ;

-максимальный ток нагрузки ;

-минимальный ток нагрузки ;

-изменения входного напряжения

; ;

-максимально допустимая относительная нестабильность выходного напряжения при изменениях входного напряжения в заданных пределах

.



Рисунок 9 –Двуполярный параметрический стабилизатор
Выбираем стабилитрон 2С162Б1, его параметры:

Номинальное напряжение стабилизации:

Номинальный ток стабилизации мА

Максимальный ток стабилизации мА

Дифференциальное сопротивление Ом

Определяем минимально необходимое значение коэффициента стабилизации

---

Смотрите также файлы

• Организация предоставления дополнительных услуг в бизнесотелях.docx

• Министерство просвещения республики казахстан.docx

• Занятие Задание 1 Задание (максимальное количество баллов 5 баллов).docx

• Методические рекомендации по выполнению курсовой работы для студентов очного отделения специальности.docx

• Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования тюменский индустриальный университет.docx