Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

Коммуникации и связь->Книга
Современная радиоэлектронная аппаратура и радиотехнические системы относятся к классу сложных электронных систем, для обслуживания которой требуются в...полностью>>
Коммуникации и связь->Доклад
На одном мультиплексоре с параметрами (n,2n) можно реализовать любую б.ф. (n+1) переменной, достаточно любые n переменных подать на входы управления, ...полностью>>
Коммуникации и связь->Доклад
Известно, что элементы этого класса образуют полный функциональный базис, т.е. любая КС может быть построена только на этих элементах. Сами элементы И...полностью>>
Коммуникации и связь->Доклад
Это обратная синтезу задача. Необходимо по функциональной схеме построить систему б.ф. в заданной форме представления( чаще всего в д.н.ф.), кроме тог...полностью>>

Главная > Курсовая работа >Коммуникации и связь

Сохрани ссылку в одной из сетей:

Вступ

Курсова робота на тему «Інтегральні вимірювальні підсилювачі для використання в ЦВП (принцип дії, основні параметри, схеми включення, провідні світові виробники)» виконана згідно з навчальним планом по дисципліні Цифрові вимірювальні прилади, на кафедрі Метрології, стандартизації та сертифікації.

До цифрових вимірювальних приладів (ЦВП) відносяться засоби вимірювань, в яких вихідна вимірювальна інформація представляється в кодованій (цифровій) формі. Вони виникли і почали розвиватися в зв’язку з необхідністю підвищення точності і швидкодії засобів вимірювань.

Операційним підсилювачем (ОП) називається підсилювач електричних сигналів, призначений для виконання різних операцій над аналоговими величинами при роботі в схемі з негативним зворотним зв'язком (НЗЗ). Своєю назвою ОП зобов'язаний використанню його спочатку в приладах аналогової техніки. Надалі галузь застосування ОП значно розширилася. З появою інтегральних ОП вони почали широко використовуватися в приладах посилення, генерування, фільтрації, модулювання й демоделювання сигналів і багатьох інших приладах.

Операційний підсилювач спочатку був спроектований для виконання математичних операцій (звідси його назва), шляхом використання напруги як аналогової величини. Такий підхід лежить в основі аналогових комп'ютерів, в яких ОП використовувалися для моделювання базових математичних операцій (складання, віднімання, інтеграція, диференціювання і т.д.). Проте ідеальний ОП є багатофункціональним рішенням схемотехніки, він має безліч застосувань крім математичних операцій. Реальні ОП, засновані на транзисторах, електронних лампах або інших активних компонентах, виконані у вигляді дискретних або інтегральних схем, є наближенням до ідеальних.

Перший широко доступний ОП в інтегрального виконання, був випущений ще в далеких 1960-х роках. Це був легендарний μA709 - ОП фірми Fairchild, виконаний за біполярною технологією, розроблений Робертом Відларом (англ. Robert J. Widlar) в 1965 році. Майже відразу ж на заміну μA 709 з'явився μA 741, який мав кращі характеристики, був стабільніший і простіший у використанні. ОП μA 741 проводиться до цих пір, він став справді всюдисущим в електроніці - багато виробників випускають версії цього класичного чіпа (їх можна дізнатися по числу "741" в найменуванні). Пізніше були розроблені ОП і на іншій елементній базі: на польових транзисторах з p-n переходом (кінець 1970х) і з ізольованим каналом (почало 1980-х), що дозволило істотно поліпшити ряд характеристик. Багато з сучасніших ОП можуть бути встановлені в схеми, спроектовані для 741 без яких-небудь допрацювань, при цьому характеристики схеми тільки покращають.

Застосування ОП в електроніці надзвичайно широке - операційний підсилювач, елемент, що найчастіше зустрічається, в аналоговій схемотехніці. Додавання лише декілька зовнішніх компонентів робить з ОП конкретну схему аналогової обробки сигналів. Стандартні ОП коштують всього декілька центів в крупних партіях, але підсилювачі з нестандартними характеристиками (інтегрального або дискретного виконання) можуть коштувати $100 і вище.

Всі основні терміни, визначення й літерні позначення електричних параметрів, що відносяться до ОП, наведені в ДСТУ 2305-93.

Більшість сучасних ОП мають убудований захист виходу від короткого замикання й захист входу від небезпечних синфазних і диференціальних напруг. Деякі ОП випускають із убудованою частотною корекцією, що не вимагає додаткових елементів для забезпечення стійкості ОП у схемах із НЗЗ.

Робота написана на 57 сторінках, містить 1 таблицю, 36 рисунків.

1. Загальні відомості про ОПераційні підсилювачі

Статичні й динамічні властивості ОП характеризуються сукупністю електричних параметрів і характеристик[6]. У цій сукупності можна виділити декілька подібних по значеннєвому змісті груп параметрів. Перша група відбиває вихідну напругу спокою і його нестабільність, приведені до входу ОП, і включає напругу зсуву (Uсм), середній вхідний струм (Івх) і різницю вхідних струмів (∆івх), a також коефіцієнти впливу на ці параметри зміни температури, часу й нестабільності напруг джерел живлення. Друга група характеризує підсилювальні властивості ОП для диференціальних і синфазного вхідних напруг у режимі «малого сигналу» й імітаційні властивості й містить: коефіцієнт підсилення по напрузі (Ку), коефіцієнт ослаблення синфазних вхідних напруг (Kсф), вхідні опори для диференціальних і синфазного вхідних напруг (rвх, rсф), а також частотні й перехідні характеристики ОП. У третю групу можна об'єднати параметри, що відбивають поводження ОП у режимі «великого сигналу». До них ставляться швидкість наростання вихідної напруги (υ), гранична частота (fгр) і частота одиничного посилення (fед). Четверта група параметрів характеризує шумові властивості ОП і включає нормовані ЭДС і струми шуму.

1.1.Класифікація ОП

За типом елементної бази операційні підсилювачі бувають:

- на біполярних транзисторах

- на польових транзисторах.

Операційні підсилювачі, що випускаються промисловістю, постійно удосконалюються, параметри ОП наближаються до ідеальних. Проте покращити всі параметри одночасно технічно неможливо або недоцільно із-за подорожчання отриманого чіпа. Для того, щоб розширити область застосування ОП, випускаються різні їх типи, в кожному з яких один або декілька параметрів є видатними, а інші на звичайному рівні (або навіть трохи гірше). Це виправдано, оскільки залежно від сфери застосування від ОП потрібне високе значення того або іншого параметра, але не всіх відразу. Звідси витікає класифікація ОП по областях застосування:

- індустріальний стандарт. Так називають широко вживані, дуже дешеві ОП загального застосування з середніми характеристиками. Приклад: Lm324.

- прецизійні ОП мають дуже малу напругу зсуву, застосовуються в точних вимірювальних схемах. Зазвичай ОП на біполярних транзисторах по цьому показнику дещо краще, ніж на польових. Також від прецизійних ОП потрібна довготривала стабільність параметрів. Виключно малими зсувами володіють стабілізовані перериванням ОП. Приклад: Ad707 [2] з напругою зсуву 15 мкв.

- з малим вхідним струмом (електрометрії) ОП. Всі ОП, що мають польові транзистори на вході, володіють малим вхідним струмом. Але серед них існують спеціальні ОП з виключно малим вхідним струмом. Щоб повністю реалізувати їх переваги, при проектуванні пристроїв з їх використанням необхідно навіть враховувати витік струму по друкарській платі. Приклад: Ad549 з вхідним струмом 6·10-14 А.

- мікропотужні і програмовані ОП споживають малий струм на власне живлення. Такі ОП не можуть бути швидкодіючими, оскільки малий споживаний струм і висока швидкодія - взаїмовиключаючі вимоги. Програмованими називаються ОП, для яких всі внутрішні струми спокою можна задати за допомогою зовнішнього струму, що подається на спеціальне виведення ОП.

- Потужні ОП можуть віддавати великий струм в навантаження.

- високовольтні ОП. Вся напруга для них (живлення, синфазне вхідне, максимальне вихідне) значно більше, чим для ОП широкого застосування.

- швидкодіючі ОП мають високу швидкість наростання і частоту одиничного посилення. Такі ОП не можуть бути мікропотужні.

Можливі також комбінації даних категорій, наприклад, прецизійний швидкодіючий ОП

1.2. Ідеальний ОП

Для того, щоб розглядати функціонування ОП в режимі із зворотним зв'язком, необхідно спочатку ввести поняття ідеального операційного підсилювача[7]. Ідеальний ОП є фізичною абстракцією, тобто не може реально існувати, проте дозволяє істотно спростити розгляд роботи схем на ОП завдяки використанню простих математичних моделей.

Ідеальний ОП описується формулою (1.1) і володіє наступними характеристиками:

1. нескінченно великий коефіцієнт посилення з розімкненою петлею зворотнього зв'язку Kу.

2. нескінченний великий вхідний опір входів і . Іншими словами, струм, що протікає через ці входи, рівний нулю.

3. нульовий вихідний опір виходу ОП.

4. нескінченно велика швидкість наростання напруги на виході ОП.

5. смуга пропускання: від постійного струму до безкінечності.

6. коефіцієнт підсилення синфазного сигналу рівний нулю.

7. вихідна напруга рівна нулю, коли напруга на двох входах однакова (напруга зсуву рівна нулю).

Перераховані характеристики не залежать від температури і зміни напруги живлення.

Ідеальний ОП описується формулою

(1.1)

де ─ напруга на неінвертуючому вході;

─ напруга на інвертуючому вході;

Ку ─ коефіцієнт підсилення з розімкненою петлею зворотнього зв’язку.

Пункти 4 і 5 насправді виходять з формули (1.1), оскільки в неї не входять тимчасові затримки і фазові зрушення. З перерахованих умов виходить властивість ОП, що спрощує розгляд схем з його використанням:

Ідеальний ОП, охоплений негативним зворотним зв’язком, підтримує однакову напругу на своїх входах (пункти 3,4).

Тобто виконується рівність:

(1.2)

Легко переконатися в справедливості рівності (1.2). Допустимо, (1.2) порушено ─ має місце невелика різниця напруги. Тоді вхідна диференціальна напруга, посилена в ОП, викликала б (внаслідок нескінченного коефіцієнта посилення) нескінченно велику вихідну напругу, яка ще зменшила б різницю вхідної напруги. І так до тих пір, поки рівність (1.2) не буде виконана. Відмітимо, що вихідна напруга може бути будь-якою – воно визначається видом зворотного зв’язку і вхідною напругою.

1.2.1 Простий неінвертуючий підсилювач на ОП

З розгляду принципу роботи ідеального ОП виходить дуже проста методика проектування схем[7]:

Хай, необхідно побудувати ланцюг на ОП з необхідними властивостями. Необхідні властивості полягають перш за все в заданому стані виходу (вихідна напруга, вихідний струм і т.д.), який, можливо, залежить від якої-небудь вхідної дії. Для створення схеми потрібно підключити до ОП такий зворотний зв’язок, щоб при необхідному вихідному стані досягалася рівність напруги на входах ОП (що інвертує і не інвертує), а зворотний зв’язок був би негативним.

Таким чином, необхідний стан системи буде стійким станом рівноваги, і система в нім знаходитиметься необмежено довго. Користуючись цим спрощеним підходом, нескладно отримати просту схему підсилювача.

Від підсилювача потрібна наявність на виході напруги, що перевищує вхідне в Kу разів. Відповідно до приведеної вище методики подамо на неінвертуючий вхід ОП сам вхідний сигнал, а на інвертуючий – вихідний сигнал, поділений в K разів резистивним дільником напруги.

Коефіцієнт передачі підсилювача, побудованого на ОП з чималим посиленням, практично залежить тільки від параметрів зворотного зв’язку. Це корисна властивість дозволяє проектувати системи з дуже стабільним коефіцієнтом передачі, необхідні, наприклад, при вимірюваннях і обробці сигналів.



Похожие страницы:

  1. Техника физического эксперемента (конспект)

    Лекция >> Физика
    ... для імпульсних вимірювань И Комплексні вимірювальні установки К Пристрої загального використання для вим ... для спостереження, вимірювання і дослідження форми сигналу і спектра С Вимірювальні підсилювачі У Пристрої для вим ... Прилад для вимірювання інтегральної ...
  2. Розробка приладу для вимірювання удою на стійловому молокопроводі

    Курсовая работа >> Промышленность, производство
    ... ) важко переоцінити. Для вимірювальних пристроїв Метатрон характерною є ... випробувань виявили тенденцію переважного використання лічильників пропорційного ... на вхід інтегрального стабілізатора напруги ... якості операційного підсилювача, для реалізації датчика ...
  3. Пристрій виміру і реєстрації кутів нахилу і прискорень рухомих обєктів

    Курсовая работа >> Промышленность, производство
    ... з використанням однієї стандартної інтегральної технолог ... вимірювальна cхема виконана на перемикаючих конденсаторах і містить інтегратор, підсилювач ... Вимірюються і вібрації, і квазістатичного прискорення. промисловість. Найширше поле для використання ...
  4. Перетворювач СКЗ змінної напруги

    Курсовая работа >> Физика
    ... серед інших різновидів великих інтегральних схем (ВІС) , являються широкі ... Використання МП дозволило вмістити в одному пристрої функції декількох вимірювальних ... АЦП. Для цього використовується масштабуючий підсилювач напруги. Використання високочастотних ...
  5. Теорія електричних і електронних кіл

    Учебное пособие >> Физика
    ... мВ/°С: dU/dT= -2,5 В/°С. Для діодів в інтегральному виконанні dU/dT складає ... є використовувати такий діод в підсилювачах і генераторах електричних коливань, а ... дні дослідження з використанням вимірювальної лінії для визначення характеристик лінії з розпод ...

Хочу больше похожих работ...

Generated in 0.0067260265350342