Изъюров Г.И. - Расчет электронных схем (1266568), страница 26
Текст из файла (страница 26)
е. имеем повторитель с коэффициентом передачи, равным единице (рис. 6.10). Для схемы повторителя с коэффициентом усиления в Иногда вместо Коапп вводят коэффяцяснт влияния нестабяльности источника питания на напряжение смещения, имеющий размер- НОСТЬ МКВ/В я ПОКаЗЫВаЮщИй, НаСКОЛЬКО ИЗМЕНИтСя (х' Пря Эадаяиоы изменении Е„. 165 и иб, Ряс.
б.10 Рис. б.Р (6.22) т К сф — — (1 + т) —. (6.27) и,„, К1+К 3 из«2 ибсг Р«с. б.11 Рис. б.11 !бб К„н, = 1 глубина обратной связи Р = Кипу и выражения лля выходного н входного сопротивлений запишутся в виде Кв~ «с«с Кв«ОУКООУ (6.23) К1 оу Входное сопротивление повторителя получается чрезвычайно высоким ( 1012 Ом), однако практически столь высокие значения К,„не достигаются из-за влияния шунтирующего действия утечек н синфазного входного сопротивления ОУ (сопротивления между входами ОУ и землей).
Напряжение статической ошибки в неинвертирующем усилителе по сравнению со схемой рис. 6.8 увеличивается за счет синфазной составляющей (1;3, так как в этой схеме на обоих входах всегда присутствует сннфазный сигнал, равный !1„. Величина (1ф, определяется выражением (1а = (1 К„ф = (1,„ (6.24) Ксс. сф Разностный усилитель (рис.6.11) усиливает разность сигналов, приложенных ко входам ОУ. Зная коэффициенты усиления по инвертирующему и неинвертирующему входам, можно получить выражение для выходного напряжения разностного усилителя, используя метод суперпозиции: Кз ('выв Киннв('в«1+ Киссин 1'в«2 Кз+ Кз Кз=К1 К«=К«с н К«Уз=К аз=1» (т+!)т (2 и» = я1(1«11 + ( в«2 Л1 Яв«2 ( ««1) (6'25) т+1 В разносгном усилителе помехзь попадающие илн возникающие на его входах, оказываются синфазными сигналами и не усиливаются, так как схема усиливает только разностный сигнал.
Для хорошего подавления синфазных сигналов требуется точный подбор резисторов К„К2, Кз и К . Способность усиливать полезный сигнал на фоне сильных синфазных помех позволяет применять разностный усилитель в различных измерительных схемах. Если коэффициенты усиления разностного усилителя по инвертирующему и неинвертирующему входам различаются вследствие разброса номиналов резисторов К,, К,„Кз и К„, то напряжение на выходе схемы не будет точно пропорционально разности входных сигналов, а будет определяться выражением (1 = — а1„(1„2 + ' т„(! 2. (6.26) (1 +,) в«1 (1 ) «си«в «12' В этом случае коэффициент ослабления синфазного сигнааа определяется не свойствами самого ОУ, а неточностью установки коэффициента усиления.
Если принять, что коэффициент усиления по инвертируюше- 1 му входу равен т = т — — Ьзя, а по неинвертирующему 2 1 т „„, = т + — 2>т, то для подсчета К,,ф можно получить 2 выражение Недостатком разностного усилителя (рис. 6.11) является различное входное сопротивление по инвертируюшему и неинвертирующему входам ("см. формулы (6.13) и (6.21)), а также трудность регулирования его коэффициента усиления (требуется одновременное изменение лвух точно подобранных резисторов). г,р яз таз Ем Ес,з 1и Рис. 614 Ряс. блз Для устранения различия и увеличения входных сопротивлений применяется схема разностного усилителя, изображенная на рис.
6.12. Здесь на обоих входах усилителя включены повторителн на ОУ, обеспечивающие равное и высокое входное сопротивление схемы. Ре~улировка усиления при высоком К разностнога усилителя обеспечивается в схеме на рис. 6.13. Здесь симметричный вход создан двумя неинвертируюшими усилителямн с регулируемым усилением. Общий коэффициент усиления данной схемы находят па формуле 13, 43 еразн (, ! / где ш= Кз/К4 — — Кз/Ке, причем К4 — — Кб, Кз = Кз. Коэффициент ослабления синфазного сигнала измерительного усилителя по рис.
6.13 определяется выражением 1113 2т ьч Кс,у = 1 + — )(1 + рл) (6.29) Инвертнрующий сумматор. Трехвходовой инвертируюший сумматор с усилением суммируемых сигналов изображен на рис. 6.14. Для вхолных токов, потребляемых от датчиков входных сигналов, с учетом того, что точка суммирования имеет нулевой потенциал, справедливы выраженим Х з = (1,/К,; 1„, = = (/,„з/Кз, '! з = (з',„з/Кз.
Ток цепи обратной связи равен сумме входных токов, т. е. 1 = !си + 1 з+ 1 з. Выходное напряжение сумматора Из этого выраженим видно, что усиление по каждому входу можно регулировать, меняя сопротивление входной цепи. Величину резистора К4, котол рый включен для снижения токового дрейфа, выбирают из условия и е К4 = Кз ( Кз ~) Кз ! К (при К,з —— = Кгз = К~з = 0). + д бззт Л о г а р и ф м и р у ю ш и й усилитель (рис. 6.15) позволяет получить выходное напряжение, пропорциональное логарифму входного напряжения. Полярность входного сигнала должна обеспечивать прямое напряжение на диоде в цепи обратной связи.
Используя уравнение ВАХ диода и учитывая, что (/ = Г; , можно получить и,„=2,3р„)й — '" г а)й(6(р ), 1К где а = 2,3фт, Ь = 1/(!еК). Здесь рот — температурный потенциал; уе — тепловой ток диода. Если места включении резистора К и диода в рассматриваемом усилителе переменить, то выходное напряжение будет пропорционально антилагарифму входного сигнала (6.31) ПРИМЕРЫ И ЗАДАЧИ 6.3. Рассчитать нормирующий усилитель на основе ОУ типа К14ОУД1А с коэффициентом передачи Ка = 10, работающнй на нагрузку с сопротивлением К„= 5 кОм.
Входное сопротивление не менее 10 кОм, выходное сопротивление не более 100 Ом. Усилитель работает от не~очипка сигнала с э. д. с. Е„0,2 В и внутренним сопротивлением К„= 1 кОм. Оценить относительную статическую погрешность и дрейф, приведенный ко входу усилителя, если АТ = 20'С (от 20 до 40 С) и нестабильность источников питания + 10%.
Решение Здесь можно использовать инвертирующее включение ОУ (см. Рис. 6.8), поскольку требуемое сопротивление К,„невелико. Согласно выражению (6.10а), Кс = Ке„„, = -К /(К, + К„)- Требуемая величина К =К, = 10 кОм, тогда К =Ко„„,(Кз+ + К,) = 10.11.= 110 кОм. Такая величина сопротивления К не приведет к большой погрешности за счет разностнаго тока и может счнтаться приемлемой.
Для уменьшения токовой погрешности выбираем резистор Кз из выРажениЯ (6.15): Кз=(Кз+К„)1Я 11 кОм. 169 Определим выходной ток ОУ согласно формуле (6Л1): Ен Е„5 110 что допустимо для ОУ типа К140УД1А. Параметры данного типа ОУ, необходимые для дальнейших расчетов, приведены в справочниках. Выходное сопротивление усилителя определим из выражения (6.14): И/ „, К с ннв ~' вк шок ЛКи скак К + С ннв Здесь ЛКс, — изменение Кн окружающей среды: (6.32) с изменением температуры где И/ — изменение выходного напряжения при воздейвых, ош стени синфазного сигнала на входе (в рассматриваемом усилителе Я/ =О); И/ — изменение напряжения на вы- сФ . от вык ош ' вых.ош ходе усилителя в диапазоне температур АТ, равное М/ =е /»ТК„,»»0,35 20.10=70 мВ„' вых. »ш нр кк И/ " — изменение выходного напряжении при изменении ван, ош напряжения питания. Паспортные данные для ОУ типа К140УД! таковы: Ен = = + 6,3 В и Коапп — -60 дБ (10»).
Тогда из выражения (6.18) найдем изменение напрюкения смещения И/,„за счет изменения напряжения питания на +10%: Е,„ыокК„»н» 700 10 Клок 900 что много меньше требуемой величпны. Оценим дрейф, приведенный ко входу усилителя, с учетом выражения (6.17): И/... 4(/ 4!ю, „ '~ /гТК г) Т 4Т = 20 мкВ!'С+ 30.10 з мкА/'С 11 ° 10» 350 мкВ/'С. Относительная статическая погрешность усилителя определяется из выражения ЛЕ 0,1.2.6,3 =1,26 мВ Ковнп 10» Ь(/ — кк(/,„К~ — 1,26 10- 12,6 мВ. Таким образом, И/, = 70+ 12,6 = 82,6 мВ. Первое слагаемое в формуле (6.32) определяется температурным градиентом коэффициента усиления ОУ, который составляет обычно ЕКоог "" =(0,2-:0,4)!0-з 1/С.
КиокФТ сок Выберем— =0,4.10 з 1/ С. При охвате ОУ обратной КсогАТ связью в схеме инвертирующего усилителя при ОТ=20'С АК,„. Лксо„ЛТ 04 10-'.20 — — — 9 ° 10 » =0,09%. Кино» оТКсокЕ 1О Обшая статическая погрешность 826 1О-э 8,, 9 10 о+ ' =0,0423, или 4,23%. 10.02 Проведенный расчет показывает, что основной вклад в величину погрешности вносит дрейф разностного входного тока ОУ. 6.4.
Неинвертирующий усилитель на основе ОУ типа 140УД6 имеет коэффициент усиления К„в, = 20. Сопротивление нагрузки Ен = 2 кОм, резисторы цепи обратной связи Як = =10 кОм, Я„= 190 кОм. Усилитель работает от источника сигнала с Е,=Ю,05 В, Е„=10 кОм. Оценить величину относительной статической погрешности усилителя при изменении температуры от — 20 до + 60'С и нестабильности источников питания + 1%.
Ответ: ж4%. 6.5. Инвертируюший усилитель (см. рис. 6.8) с сопротивлениями Ек = 10 кОм и Я =1 МОм имеет следующие параметры ОУ: Коои = 104 Ешок = 300 кОм, Е ок — — 700 Ом. Рассчитать величины Кс„, Я,„»»» и Я...,, с учетом неидеальных параметров ОУ. Ответ; Кс, — — 99, Е,= 10,1 кОм; Е,ыышш= 7 Ом. 6.6.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
