Изъюрова Г.И. Расчёт электронных схем. Примеры и задачи (1987) (1142057), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Выходное напряжение сумматора Из этого выражении видно, что усиление по каждому входу можно регулироватгч меняя сопротивление входной цени. Величину резистора йм кото- г( рый включен для снижения токового дрейфа, выбирают из условия гг „ ях = Кг ) йг 9 йз ( Кос (при Кц —— = е-,г=Кг=О). + и дик Логарифм ируюш и й у с и л и т е л ь (рис. 6.15) позволяет Рис б.гу получить выходное напряжение, пропорциональное логарифму входного напряжения. Полярность входного сигнала должна обеспечивать прямое напряжение на диоде в пепи обратной связи. Используя уравнение ВАХ диода и учитывая, что У„, = ~/„„„, можно получить (г (Г.
= 2 3(рг18 — =- с 18(Ь(1„) а где с = 2,3срг, Ь = 1/(1ей). Злесь дарг — температурный потенциал; 1„ — тепловой ток диола. Если места включения резистора Н и диода в рассматриваемом усилителе переменить, то выходное напряжение будет пропорционально антилогарифму входного сигнала.
ПРИМЕРЫ И ЗАДАЧИ 6.3. Рассчитать нормирующий усилитель на основе ОУ типа К140УД1А с коэффициентом передачи Кс = 10, работающий на нагрузку с сопротивлением )1„= 5 кОм. Входное сопротивление не менее 10 кОм, выходное сопротивление не более 100 Ом. Усилитель работает от источника сигнала с э.д. с. Е,=0,2 В и внутренним сопротивлением Ю,=1 кОм. Оценить относительную статическую погрешность и дрейф, приведенный ко входу усилителя, если АТ= 20'С (от 20 до 40"С) и нестабильность источников гштания + 10,Г. Решение Здесь можно использовать инвертирующее включение ОУ (см. рис.
6.8), поскольку требуемое сопротивление Яы невелико. Согласно выражению (6ЛОа), Хс —— Ки„„, — — — К„/(йг + Я„). Требуемая величина Я,„=йг =10 кОм, тогда К =Ко„м(йг+ + Я,) = 10 11 = 110 кОм. Такая величина сопротивления К не приведет к болыцой погрешности за счет разностного тока и может считаться приемлемой. Для уменьшения токовой погрешности выбираем резистор Лг из выражения (6.1з): Кг=(йг+й,)1й„-11 кОм. Определим выходной ток ОУ согласно формуле (6.11); П „(1, 0,210 0,210 й„К 5 110 что допустимо для ОУ типа К140Ъ'Д1А. Параметры данного типа ОУ, необходимые лля дальнейших расчетов, приведены в справочниках.
Выходное сопротивление усилителя определим из выражения (6.14): ЛК с ива Л П и. спь бсшв + Ксана Кони Пшиша Здесь ЛКс„„,— изменение К„, с изменением температуры окружающей среды: (6.32) где Л(/ — изменение выходного напряжения при воздейсф вьи. ош ствин синфазного сигнала на входе (в рассматриваемом усилителе Л(, =О); ЛП вЂ” изменение напряжения на вы,ф . ат ходе усилителя в диапазоне температур ЛТ„равное ЛП =е ЛТКс =0,35 20 10ьв70 мВ; «ьи. ош но Л(, — изменение выходного напряжения при изменении хкп аиь. сш напряжения питания. Паспортные данные для ОУ типа К140Ъ'Д1 таковы: Еа = = +6,3 В и Коыш=.60 дБ (10з).
Тогда из выражения (6.18) найдем изменение напряжения смещения ЛП за счет изменения напряжения питания на ж10'/: й ~вьиотКсивв =8 Ом, Ксок 900 что много меньше требуемой величины. Оценим дрейф, приведенный ко входу усилителя, с учетом выражения (6.17): Л (' вььь аш ь((/шн й (порван =20 мкВ/'С+ 30.10 з мкА/'С-11.10' си 350 мкВ/'С. Относительная статическая погрешность усилителя определяется из выражения АЕ„0,1-2 6,3 Мl,„,= = — э — =1,26 мВ Коапп Л(7 ' =М3 Кс ° =126 Ю=12,6 мВ. Таким образом, Ь(7„= 70+ 12,6= 82,6 мВ.
Первое слагаемое в формуле (6.32) определяется температурным градиентом коэффициента усиления ОУ, который составляет обычно йКеоу =(0,2+0,4) 10 э 1/'С КиотдТ Выберем — =0,4 10 ' 1/'С. При охвате ОУ обратной Киокйу связью в схеме инвертирующего усилителя при ЛТ 20'С вЂ” — — 9 Ю ~=0,09'.г,'. 71Т 0,4 10 э 20 Кин н оТКиокг 900 10 Общая статическая погрешность 82,6 ° 10 э Б, „= 9. 10 к + — = 0,0423, или 4,23 . 10.
0,2 Проведенный расчет показывает, что основной вклад в величину погрешности вносит дрейф разностного входного тока ОУ. 6.4. Неинвергирующий усилитель на основе ОУ типа 140УД6 имеет коэффндиент усиления К„„= 20. Сопротивление нагрузки К„= 2 кОм, резисторы цепи обратной связи 7(, = =10 кОм, 11 =190 кОм. Усилитель работает от источника сигнала с Е„= 0,05 В„Е„= 10 кОм.
Оценить величину относительной статической погрешности усилителя при изменении температуры от -20 до + 60'С н нестабильности источников питания ~ 1/. Оввелп ж4;/. 6.5. Инвертирующий усилитель (см. рис. 6.8) с сопротивлениями 7(, = 10 кОм н Е =1 МОм имеет следующие параметры ОУ: Киот-— 10', И, ок — — 300 кОм, К ок — — 700 Ом.
Рассчитать величины Кп „Л, и 71,, с учетом неидеальных параметров ОУ. Ответ; К,,=99, И =10,1 кОм; й, = 7 Ом. 6.6. Определить погрешность коэффициента усиления 8Кп, неинвертирующего усилителя (см. рис. 6.9), связанную с конечным значением коэффициента К,,з, если )зг — — 10 кОм; )( а = 100 кОм; ггсот = 2000 и ~оввз = 1000. Ответ: 1,1Я,. 6.7. Инвертирующий усилитель (см. рис 6.8) имеет сопротивление д =90 кОлю, йг =10 кОм и )1 =9 кОм.
Дрейф напряжения смещения а(7,„фТ = 1 мВ/'С и дрейф разностного входного тока в1зез,„/бТ= 1 нА/'С. Найти напряжения ошибки на выходе усилителя, если температура изменилась на 40'С, Ответ: О„„„, =404 мВ. 6.8. Рассчитать измерительный усилитель на основе О'У для усиления разностного сигнала с диагонали моста, в одно из плеч которого включен терморезистор (рис. 6.16).
При изменении температуры на 20 С (от 20 до 40'С) возникает разбаланс моста гИ„= 5 Ом. Номиналы резисторов Е моста Е~д~.с )(г 100 Ом~ пг = пз = 5 кОм; напряжение питания моста Е„ =10 В. Требуемое значение коэффициента усиГгвм лепна должно регулироваться в пределах от 30 до 50. Входное сопротивление й,„> 50 кОм. Оценить величину синфазной помехи на выходе усилителя, учитывая разброс ноРис. б.1б миналов резисторов схемы. Решение 1. Выбираем схему измерительного усилителя, приведенную на рис. 6.13, поскольку данная схема позволяет обеспечить высокие значения входного сопротивления и регулировку коэффициента усиления с помощью одного переменного резистора.
Используем ОУ типа 140УД8 с полевыми транзисторами на входе, что позволит уменьшить погрешность, вызванную разностным входным током. 2. Определим величины дифференциального и синфаэного выходных сигналов (рис. 6.16): й, Лг — ЛЯ„ ЬО =О =- — =Е р, и и и л)( з+ г г+ / 100 100 — 5 Ъ = 10~ — ) = 0,01 В= 10 мВ„ х 5100 5100 — 5 ) <Рз + (рв 1 100+ 95 Огг.сф = —= — — = 190 мВ. 2 2 510 3. Выберем номиналы резисторов схемы. Для уменьшения влияния входного тока ОУ возьмем К4 — — йв — — 10 кОм, Кз = =йг = 50 кОм с погрешностью 5/. Это дает значения яг=5 г5в㠄— = 5;/.
Сопротивление переменного резистора а)г опредеяг ляется требуемой глубиной регулирования коэффициента усиления Ко,„. Из выражения (6.28) найлем, что при Ко —- 50 и яг = 5 велйчииа а=0,22„при Ко=30 и яг = 5 величина а =0,4. Если ргиисторы 114 = 1(з = 10 кОм, то переменный резистор ай следует выбрать с номиналом 4 кОм.
4. Для подсчета (г определим К,е усилителя нз выгф вых. ош ражения (629) прн Ко = 50: 2 г гя 100 К = 1+ — )(1+ лг) — = 10 6 — = 1200. а) Ьвг 5 Полученный результат показывает, что влияние неидентичности резисторов в схеме проявляется значительно сильнее, чем неодинаковость параметров плеч ДУ в ОУ, так как К >от= = 10" и К с,вот» К,,е усилителя. Тогда при максимальном коэффициенте усиления схемы ~с гф что при полезном сигнале О„, = ОкмКо„=- 10 50 = 5г)0 мВ дает относительную ошибку измерения в 7,92 100/500 = 1,58 /. 6.9.
Определить, как изменится коэффициент К„разностного усилителя, собранного по схеме рис. 6.11, если номиналы резисторов )(~, = Кз увеличить вдвое. Оягвваг: возрастает в два раза. 6.10. Рассчитать величины гс,,„„и Л, „, схемы разностного усилителя (см. Рис. 6.11), если номиналы резисторов схемы Вз =нг = 10 кОм' и~~=из = 100 кОм. Принять гсг,от = со и К~от = со. Оеввлг: гг = 10 кОм, й „„„„= 110 кОм. 6.11.
Определить выходной ток усилитела яа ОУ в схеме, изображенной на рис. 6.11, если сопротивление нагрузки )1„= = 5 кОм; 11 г = гсз = 1О кОм и Лз =- гг = 50 кОм; О,„„= 1 В. Принять )(, „от=0, К„= со. . Оагввяг: 1,1 мА. 6.12. Для схемы разностного усилителя (см. рис. 6.11) определить величину О„, если О,,г =0,2 В, (г, г= — 0,1 В, К из= 120 кОм, Вг =Из= 10 кОм. Оягвеггг: — 3,6 В. 6ЛЗ.
Разностный усилитель (см. рис. 6.11) усиливает сигнал, поступающий с моста (рнс. 6.16). Известно, что О „= О,— — (Увх~ =1 мВ, (Гх 1/е=5 В. Кз=К =100 кОм, К~,е = 2 ° 104, Кх = Кз = 5 кОм. Определить полное напряжение на выходе ОУ, считая, что резисторы К и К, К, и К одинаковы. Овыехя: 0 „=25 мВ, 6.14. Ко входу разностного усилителя на ОУ (см. рис. 6.11) приложен синфазный сигнал с напряжением С,е = 0,5 В. Измеренное на выходе напряжение составляет при этом 5 мВ.
Определить коэффициент ослабления синфазного сигнала, если Кх =-К, =5 кОм; К =Кз — — 50 кОм. Отава: 60 дБ. 6.15. Выходное напряжение ОУ ограничивается на уровне + 10 В. Какое максимальное напряжение 1/ можно подать на схему разностного усилителя (см. рис. 6.1Ц, не вызывая огранччения 1/ „? Считать, что К, К =5 кОм, К =Кз= 50 кОм. 0глвеяп 11,х,ыы й~ 1 В. 6Л6. Рассчитать инвертирующий сумматор с тремя входами на идеальном ОУ(Кеок — — со, К„,о„— — еэ, К ох=0).
Значения ЭДС на входах и внутреннее сопротивления источников следующие: Е„,= -2 В, Еы — -3 В, Е,з 1 В, К„,=0,5 кОм, К„= О, Кы — — 1 кОм. Требуемое усиление сигнала по первому входу равно 5, по второму — 2, по третьему — 10. Сопротивление нагрузки К„= 5 кОм. Решение Используем схему сумматора, приведенную на рис. 6.14. Усиление схемы по первому входу Ксх=К~/(Кх+Кн)=5. Для уменыпения влияния токового дрейфа выберем К„= =20 кОм. Тогда К, =3,5 кОм. Аналогично находим Кз = =!О кОм, К, = 1 кОм.
Для снижения токового дрейфа вводим РезистоР Кв К 1(Кх+Кн)1Кз1(Кз+К )=1,3 кОм. Ток, по- требляемый от выходной цепи ОУ, ~.~вых 1 ~вых где О„,=Кс1Е,1 — КизЕхз КсзЕз= 10-6 — 10вв -6 В. Сле- довательно, — б -6 = — + — = — 1,5 мА, 20 5 что лопустимо для ОУ любого типа. Значения входных токов Ех, — 2 1,= ' = — =-0,5 мА, К„+К1 4 ! з=- — ' = — =0,3 мА, В„З К„+К, (О Е,з !в.з = 0 5 К„+К, г 6.17.
Для инвертнруюшего сумматора (см. рис. 6.14) рассчитать величины К,, К, и Кз так, чтобы обеспечить следующую зависимость выходного напряжения: О = — (2О„о + ЗГ, + + 5Ояо). Сопротивление резистора К = 150 кОм. Ответ: К, = 75 кОм, Кх = 50 кОм, Кз — — 30 кОм. 6.18. Как изменится выходное напряжение сумматора из задачи 6.16, если з. д. с. Е,з сделать равной нулю? Ответ: 1! =4 В. 6.19. В схеме на рис. 6.П использован идеальный ОУ (Киот — — оз; К. от — — со). Показать, что ток в резисторе К,„для указанных номиналов резисторов определяется по формуле 1„= О,„/К, а выходное напряжение О „2О„. 6.20.
Для схемы предыдущей задачи определить напряжение 1!„, если О,„= 5 В„К„= 5 кОм и К = 10 кОм. Ответ: 1!„=2,5 В. 6.21. На вход ОУ типа 140УД6, включенного по схеме повторителя, подается синусоидальный входной сигнал переменной частоты с амплитудой 10 В. Определить предельную частоту входного сигнала, при которой будут отсутствовать искажении выходного напряжения. Решение Предельная частоте, при которой обеспечивается неискаженное усиление большого сигнала, определяется скоростью нарастания выходного напряжения ОУ $й„и связана с амплитудой (!„г я следующим соотношением: 1и 6 28Отвых !Ъс. б.17 Рве б.га Для ОУ типа 140УДб Ус,„„=- 2 В/мкс и максимальная частота / = = 0,0314 МГц. 2 б,28. 10 8.22.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
