Усилитель на ОУ

Титульный

Содержание

1 Введение

Современный уровень развития схемотехники несет в себе все более широкое применение цифровых микросхем и микроконтроллеров.

Области применения цифровых микросхем и микроконтроллеров все более расширяются.

Сейчас цифровые схемы и микроконтроллеры применяются в обработке звука, измерительной технике, различных схемах автоматики, телефонии, видеотехнике, системах связи и управления.

Уровень развития элементной базы определяет уровень развития всех областей, где применяются интегральные микросхемы.

Средства вычислительной техники сегодня встраиваются во многие бытовые устройства: сотовые телефоны, планшеты.

Это стало возможным благодаря применению устройств – система на кристалле, когда весь компьютер выполнен на одной микросхеме.

Разрабатываемое устройство может найти применение в измерительной технике, системах радиоприема и управления.

Задание

Вариант 3

Разработать усилитель со следующими параметрами:

Коэффициент усиления                                         1000

Диапазон частот, Гц                                                100...10000

Форма входного сигнала                                        близкая к синусоиде

Нестабильность коэффициента усиления, %                < 0,2

Максимальная амплитуда входного сигнала, мВ        0,2

Сопротивление нагрузки, кОм                                10

Входное сопротивление, кОм                                        > 0,1

Диапазон температур, °C                                        -20...+50

Коэффициент частотных искажений, дБ                        < 0,22

Потребляемая мощность, мВт                                 50

Напряжение источника питания, В                                 5

2 Выбор числа каскадов и элементов схемы

Согласно заданию, коэффициент усиления разрабатываемой схемы должен быть равен 1000.

Выбираем 3 каскада усиления.

При этом, коэффициент усиления каждого каскада должен быть равен 10.  Такой коэффициент усиления легко обеспечить с помощью резисторов.

Согласно заданию, максимальная амплитуда входного сигнала равна 0,2 мВ. Схема усиливает сигнал в 1000 раз. Следовательно, на выходе получим сигнал с амплитудой 0,2 В.

Возьмем с запасом 20 %, то есть Um.вых.max  = 0,24 В.

Рассчитаем скорость нарастания выходного напряжения:

VUвых = 2 ⋅ π ⋅ fв ⋅ Um.вых.max;

VUвых = 2 ⋅ 3,14 ⋅ 10000 ⋅ 0,24 = 15072 В/с = 0,015072 В/мкс.

Напряжение питания ОУ должно быть больше максимального напряжения на выходе.

Выбираем напряжение питания ±2,5 В.

Переведем значение коэффициента частотных искажений из дБ в разы (безразмерную величину).

МВ.раз = 10 (Мв.дБ / 20) = 10 0,011 = 1,0257.

Рассчитаем частоту единичного усиления ОУ:

f1 = [pic 1];

f1 = [pic 2] = 1,086 ⋅ 106 Гц.

Рассчитаем допустимый ток потребления ОУ:

Iпот = [pic 3];

Iпот = [pic 4] = 3,329 ⋅ 10-3 А = 3,329 мА.

На основании этих расчетов выбираем ОУ.

В качестве операционного усилителя выбираем микросхему типа ADA4530-1, которая может работать как от однополярного источника питания 5 В так и от двухполярного источника питания ±2,5 В.

Этот операционный усилитель имеет полный размах как входного, так и выходного напряжения (Rail-to-Rail Input and Output Operational Amplifier).

Этот операционный усилитель имеет низкий уровень шума и подходит нам по частотным характеристикам.