Принцип работы операционного усилителя

Ек≤ Uкэ доп, Ек=+16В.

Мощность рассеиваемая на коллекторе VT1

PVT1=Uкэ·Iк=(16-11)·0,018=0,09 Вт

Iк=αIэ; α= h21э/ (h21э+1)=0,95, при h21э=20,

Iк=0,95·0,018=0,017 А

Параметры транзистора VT1 полностью подходят по рассчитанным величинам.

Входное сопротивление ЭП рассчитаем по формуле описанной в /1/

Rвх=(β+1)/(Rн+1/gm),

где β – коэффициент усиления по току в схеме с ОЭ (h21э); gm – крутизна усилительной характеристики транзистора.

gm= Iэ/φт, где φт≈0,025В  - изменение напряжения (не критично).

γ= β+1,

где γ – коэффициент усиление по току в схеме с ОК.

При β=20

Rвх=(20+1)(611+1/(0,018/0,025))=12860 Ом,

γ=21, тогда Iб= Iн 0,0476=0,86 мА,

входное сопротивление транзистора h11= Uб/Iб =12,8 кОм.

Выходное сопротивление ЭП Rвых h11э/h21э=640 Ом

5.2             Расчет мультивибратора на ОУ

В качестве источника управляющих импульсов использован мультивибратор на ОУ, схема его приведена на рисунке 5.5. Приведенные ниже формулы верны, если ОУ близок к идеальному, (К→∞, Uвх→0, i_→0). Коэффициент обратной связи мультивибратора определяется по формуле:

Кпос =R1/(R1+R3)                                                         (5.2.1)

Максимальная частота следования импульсов будет равна

f = 1/T, T=tпр+tобр.                                           (5.2.2)

Требуемая скорость нарастания сигнала на выходе ОУ будет вычисляться по формуле

VUВЫХ =2Uвыхmax/tф                                           (5.2.3)

длительность фронта tф зададим как 0,1 от длительности импульса tи.

Рисунок 5.5 а) схема мультивибратора на ОУ, б) временная диаграмма Uвых(t)

Допустимый коэффициент обратной связи

Кпос доп =Uдиф/2Uвыхmax.                                          (5.2.4)

Выходной ток ОУ

Iвых=Iн+I+I-=Uвых()              (5.2.5)

емкость С1 определяется

С1=              (5.2.5)

Исходя из формулы (5.2.1)  и условия Q=4 (скважность Q=T/tпр) находим длительность импульса tи напряжения.

f = 1/T, T=2tпр,

где tпр – длительность рабочего хода равная  длительности управляющего импульса. Период колебаний мультивибратора равен 2tпр, так как скважность Q =4, подставив значение f=3кГц получим:

T=0,33 мс, tи=0,17 мс.

Резисторы в цепи положительной обратной связи (ПОС) выберем R3=30 кОм и R1=15 кОм, резистор в отрицательной обратной связи (ООС) R2=30 кОм, тогда коэффициент Кпос будет определяться по формуле

Кпос=R1/(R1+R3)

Кпос=0,33<< Кпос доп,

где Кпос доп – допустимый коэффициент обратной связи в мультивибраторе;

Кпос доп ≤ Uдиф/2Uвыхmax=11/24=0,45

Рассчитаем скорость нарастания сигнала на выходе ОУ. Приняв tф=0,1·tи, тогда

VUВЫХ =2Uвыхmax/tф = 24/0,017=1412 В/мс=1,412 В/мкс

К рассчитанным параметрам выбираем ОУ К140УД6А параметры, которого даны в таблице 3.

Из формулы (5.2.5) найдем емкость конденсатора С1 времязадающей цепи

С1== 8 нФ

находим ближайший номинал С1=8,2 нФ серии К73-39. Сопротивление нагрузки R4≥1 кОм (см. таблицу 3),возьмем R4=10 кОм, при напряжении Uвых=12В выходной ток из (5.2.5) Iвых=1,8 мА – не превышает допустимого тока для данного ОУ.

Таблица 3. Параметры ОУ К140УД6А

Определим рассеиваемую мощность на резисторе R4

PR4 = Uвых 2/R4;

PR4 = (12)2/10000 ≈ 0,014 Вт.

Выбираем резистор R4 типа С2-33-0.125-10 кОм ± 5%.

Определим рассеиваемую мощность на резисторе R2

PR2 = Uвых 2 ;

PR2 = (12)2 ·1,33/ 30000≈ 0,006 Вт.

Выбираем резистор R2 типа С2-33-0.125-30 кОм ± 5%.

Определим рассеиваемую мощность на резисторах R1, R3

PR1, R3 = Uвых 2 ;

PR1, R3 = (12)2 / 45000≈ 0,0032 Вт.

Выбираем резистор R1 типа С2-33-0.125-15 кОм ± 5%.

Выбираем резистор R3 типа С2-33-0.125-30 кОм ± 5%.

Рассчитаем основную и дополнительную относительные приведенные погрешности периода выходного напряжения, погрешностями выходного каскада пренебрегаем.

Из (5.2.5) Т=.

Основная относительная приведенная погрешность будет рассчитываться по формуле:

.

Для  выбранных типов элементов получим:

,

,

,

              Тогда основная относительная приведенная погрешность:

Дополнительная относительная приведенная погрешность зависит от температуры.

Рассмотрим температурный диапазон от +20ºС до +50ºС.

Дополнительная относительная приведенная погрешности периода выходного напряжения:

5.3             Временные диаграммы

Разработанная схема смоделирована в программе Electronics Workbench v.5.12.

В результате моделирования схемы в EWB с помощью виртуального осциллографа можно пронаблюдать временные диаграммы. Приведу временные диаграммы в характерных точках схемы (на входах ОУ и выходе ОУ, на резисторе нагрузки)

Рисунок 6.1 Cхема смоделированная в EBW.

Рисунок 6.2 Временная диаграмма на входе ОУ в точке a, Ua(t)

Рисунок 6.3 Временная диаграмма на входе ОУ в точке b, Ub(t)

Рисунок 6.4 Временная диаграмма на выходе ОУ в точке c, Uc(t)

Рисунок 6.5 Временная диаграмма на выходе генератора в точке d, Ud(t)

Список использованной литературы

1.      Импульсные устройства ЭВМ, приборов и систем: Учеб. для техникумов.-М.: Энергоатомиздат, 1991.-248 с.

2.      Аналоговые интегральные схемы: Справочник/А.Л. Булычев, В.И. Галкин, В.А. Прохоренко.-2-е изд., перераб. и доп.-Мн.: Беларусь, 1994.-382 с.

3.      В помощь радиолюбителю: Сборник. Вып. 111/В80 Сост. И.Н. Алексеева.-М.: Патриот, 1991.-80 с.

4.      Электроника: Учеб. пособие.- Ростов н/Д: изд-во «Феникс», 2001.- 448 с.

5.      Электронная версия конспекта «Электроника и микропроцессорная техника. Часть1» каф. ИСИТ.

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