Расчет параметров усилителя-преобразователя

- Вычертить полную схему устройства с цепями коррекции и компенсации напряжения смещения ну­ля. В справочнике находим типовую схему включения операционного усилителя (). Вычерчиваем его схему со схемой измерительного моста:

-

Определить требуемое напряжение источника Е питания измерительного моста.

Напряжение источника Е питания измерительного моста определяем, учитывая значение величины тока через тензодатчик. E = 2R1*I.

- Рассчитать величины сопротивлений резисторов R2, R3, R5, R6, R7, R8.

Максимальная чувствительность моста достигается при равенстве сопротивлений резисторов R1 – R4. Величину сопротивлений R5 и R6 выбираем в диапазоне (5 ÷ 10) R1.

- При изменении сопротивлений тензорезисторов R1 и R4 на 2% напряжение на выходе усилителя должно соста­вить 5 В. Рассчитать коэффициент усиления для сигнала с диагонали измерительного тензометрического моста и значения резисторов R5, R6, R7 и R8.

Определяем напряжение в диагонали измерительного моста U_м при R1₁=R4₁=1,02 R1. Коэффициент усиления дифференциального усилителя K_u будет равен 5/ U_м. Выбираем значения сопротивлений резисторов R7 = R8 = K_u* R5.

Выбрать номиналы сопротивлений всех резисторов кроме тензодатчиков.

Проверка: . Определяем погрешность

Логарифмические амплитудно-частотная и фазо-частотная характерис­тики

Логарифмические амплитудно-частотная и фазо-частотная характерис­тики усилителя позволяют определить частотные свойства усилителя - частотные и фазовые искажения, полосу пропускания усилителя, запас ус­тойчивости по фазе.

В соответствии с заданием для заданного типа операционного усили­теля (ОУ) студент должен из справочника выписать значения параметров, используемых при расчете: дифференциальный коэффициент усиления Ku_dif, частоту единичного усиления для стандартной схемы включения f1. Пусть Ku_dif = 200 000, f1 = 1 МГц.

Используя эти параметры строим АЧХ и ФЧХ для ОУ.

Ku_dif(дВ) = 20lg(Ku_dif) = 106 дВ

Для стандартной характеристики наклон АЧХ от частоты среза сос­тавляет -20 дВ/дек. Эта прямая пересекает ось абсцисс (0 дВ) в точке, соответствующей lgf = lgf1 = 6.

Выражение для комплексного коэффициента усиления ОУ можно принять в виде:

если наклон ЛАЧХ -20 дВ/дек, уменьшение коэффициента усиления до 0 дВ происходит на 106/20 = 5.3 декады, следовательно частота среза fou равна alg(6 - 5.3) = alg(0.7) = 5 Гц. ЛАЧХ ОУ с данными параметрами приведена на Рис.

После построения ЛАЧХ и ФЧХ для ОУ на том же графике строятся ха­рактеристики для цепи обратной связи

Для цепи обратной связи определить комплексный коэффициент передачи

Выражение для Вы найдете в виде:

Знаменатель выражения следует привести к виду:

(1+jwT3)(1+jwT4)

При отрицательной обратной связи

Очевидно, что это условие выполняется в области, где ЛАЧХ ОУ находится над ЛАЧХ цепи обратной связи - до точки их пересечения. Таким образом час­тотные характеристики усилителя с обратной связью до этой точки соот­ветствуют частотным характеристикам цепи обратной связи.

Для построения характеристик в координатах Ku(дБ)(lgf) следует привести выражение для Kuoc к виду:

тогда

Фазочастотная характеристика комплексной передаточной функции выглядит следующим образом:

Результирующий коэффициент усиления с учетом входного звена

где Kuвх - коэффициент передачи для входного звена. На логарифмичес­ких характеристиках следует сложить ЛАЧХ и ФЧХ для Ku_oc и Ku_вх.

По результирующей ЛАЧХ определяют полосу пропускания усилителя. На ФЧХ определяют фазовый сдвиг на границах полосы пропускания и запас по фазе (фазовый сдвиг при значении коэффициента усиления, равном 1).

Отчет по домашнему заданию должен включать условие задания, схему усилителя со стандартной схемой включения операционного усилителя, ЛАЧХ и ФЧХ для операционного усилителя, цепи обратной связи, входного звена и результирующие характеристики усилителя. Необходимо привести также расчетные значения частот среза, которые используются при построении характеристик.

Рекомендуемая литература

1. Фолкенберри Л. Применения операционных усилите­лей и линейных ИС: Пер. с англ. - М.: Мир, 1985. - 572 с., ил.

2. Краснопольский А.Е., Серова Н.А., Душин А.Н. Применение метода ЛАЧХ и ЛФЧХ для анализа электронных цепей. Учебное пособие. МИСиС., 2001 г. № 994.

3. Маняхин Ф.И., Душин А.Н. Операционные усилители и их применение. Учебное пособие. МИСиС., 2002 г. № 1411.