Схемы на операционных усилителях

Основные формулы

 

Инвертирующий усилитель: . Рис. 3.30	Неинвертирующий усилитель: . Рис. 3.31
Инвертирующий сумматор: .   Рис. 3.32	Неинвертирующий сумматор: .   Рис. 3.33
Дифференциатор: .	Вычитающее устройство: .
Рис. 3.34	Рис. 3.35
Интегратор: .	Логарифматор: .
Рис. 3.36	Рис. 3.37

 

Антилогарифматор: .	Усилитель переменного напряжения:
Рис. 3.38	Рис. 3.39

Пример. Разработать логарифмический усилитель (рис.3.37) входное напряжение которого изменяется от 0 до +10 В. Максимальный ток диода, при котором влиянием его собственного сопротивления можно пренебречь, равен 0,5 мА; = 1 мкА.

Решение. 1). Сопротивление резистора R выбираем из условия

20 кОм.

2). Максимальное выходное напряжение

0,161 В.

 

Задачи к разделу 3.8

 

3.8.1. В инвертирующем усилителе на ОУ R ₁= 10 кОм, R _ОС= 500 кОм, К _{U ОУ}= 10000, R _ВХОУ= 1 МОм; R _ВЫХОУ= 50 Ом, R _Н= 100 кОм. Определить коэффициент усиления, R _ВХ и R _ВЫХ усилителя. Что нужно сделать, чтобы получить инвертирующий повторитель напряжения?

3.8.2. В неинвертирующем усилителе с параметрами задачи 3.8.1 определить коэффициент усиления, R _ВХ, R _ВЫХ усилителя и глубину ООС. Что нужно сделать, чтобы получить повторитель напряжения?

3.8.3. В неинвертирующем сумматоре U _ВХ1=0,5 В, U _ВХ2= 1 В, R ₁= 100 кОм, R _ОС= 100 кОм, суммирующие резисторы R = 20 кОм. Определить значение U _ВЫХ и тока в цепи обратной связи.

3.8.4. В схеме интегратора на ОУ R = 2 МОм, С= 2,5 нФ, максимальное выходное напряжение операционного усилителя = 3В. На вход интегратора поступает идеальный положительный прямоугольный импульс длительностью 5 мс и амплитудой 3 В. Нарисовать выходной импульс. Как изменится форма выходного импульса: а) при уменьшении R в два раза; б) при увеличении С в два раза? Составить таблицы выходных напряжений при t= 1; 2; 3; 4; 5 мс.

3.8.5. В схеме усилителя переменного напряжения на ОУ (рис.3.39) R ₁= 16 кОм, C = 1мкФ, R _ОС= 1,6 МОм, К_{U ОУ}= 50000, R _ВЫХОУ= 75 Ом, R _ВХОУ= 1 МОм. Определить коэффициент усиления, R _ВХ и R _ВЫХ усилителя на частоте 20 Гц и 5 кГц.

3.8.6. Разработать схему усилителя, реализующую на выходе выражение вида: а) U _ВЫХ= 10 U _ВХ1+6 U _ВХ2+0,5 U _ВХ3; б) U _ВЫХ= 16 U _ВХ1+ U _ВХ2–4 U _ВХ3–2 U _ВХ4 .

3.8.7. Рассчитать активный фильтр НЧ по схеме на рис. 3.36 со следующими параметрами: полоса пропускания 0…20 Гц; K _U= 100.

3.8.8. Рассчитать активный фильтр ВЧ (рис. 3.34) с K _U= 50, ¦_ср= 500 Гц, t_ОУ= 15,9×10^–3 с.

3.8.9. Интегратор будет использоваться в качестве фильтра низких частот, у которого ¦₁= 3 кГц и К= 20. Определить R, R _ос и С.

3.8.10. В дифференциаторе R _ос=0,1 МОм, C =0,1 мкФ. На вход подается синусоидальное напряжение амплитудой 3 В и частотой 60 Гц, т.е. U = 3×sin(2p60 t). Каковы величина и форма выходного напряжения?

3.8.11. В дифференциаторе R _ос= 10 кОм, C =0,1 мкФ. Каким будет выходной сигнал, если на вход дифференциатора подается:

а) треугольная волна (рис. 3.40) с параметрами , ;

б) прямоугольная волна с амплитудой 5 В и частотой следования 5 кГц (рис. 3.41), причем время нарастания и спада импульсов равны 1 мкс.

 

Рис. 3.40

Рис. 3.41

3.8.12. Для экспоненциального усилителя (рис. 3.38) найти выходное напряжение при условии = 1 мкА, = 20 кОм, 0,16 В.

3.8.13. Определить параметры интегратора с тремя входами, построенного на базе инвертирующего усилителя, при следующих условиях: 0,2 В; -0,3 В; 0,05 В; 5 В; мc.

3.8.14. На входе дифференциатора с тремя входами, построенного на базе инвертирующего усилителя, действуют напряжения: , 3 В, 0,01 В. Определить значение выходного напряжения при условии: 0,1 мкФ, 68 кОм, .

3.8.15. На вход неинвертирующнго интегратора подается прямоугольный импульс длительностью 5 мс, амплитудой 1 В. Сопротивления в цепи обратной связи и равны. Сопротивление на входе интегратора 20 кОм. Емкость 0,1 мкФ. Чему равно выходное напряжение через 5 мс? Через сколько времени прекратится процесс интегрирования?

 

 

ТРАНЗИСТОРНЫЕ КЛЮЧИ

Основные формулы

В ключе на биполярном транзисторе (рис.3.42): - в режиме отсечки: запирающее напряжение ; выходное сопротивление , где - сопротивление транзистора по постоянному току;

Рис. 3.42

- в режиме насыщения: ; ;

выходное сопротивление ,

где - сопротивление транзистора постоянному току.

Динамические параметры:

- длительность фронта нарастания импульса , где - напряжение отпирания, , - значения управляющего напряжения; , ;	(3.27)
- длительность фронта нарастания импульса: , где , , соответствует воздействию ;	(3.28)
- время рассасывания: , где постоянная времени накопления ;	(3.29)
- длительность среза импульса: .	(3.30)

Пример. Транзисторный ключ на n-p-n транзисторе имеет параметры: R _К= 5,1 кОм; R _Б= 10 кОм; Е _К= 20 В; b= 50; I _КО= 10 мкА. Определить U _ВЫХ при Е _Б=0 В и при Е _Б= 1 В.

Решение: а) при разомкнутом ключе ( пренебрегаем) = 0 В; 0,51 мА;

17,4 В.

б) при разомкнутом ключе = 1 В;

мА (при условии );

если предположить, что транзистор работает в активном режиме, то

5,51 мА;

-8,1 В.

Такое значение нереально, следовательно, транзистор находится в насыщении, т.е. 0.

 

Задачи к разделу 3.9

 

3.9.1. Транзисторный ключ на n-p-n транзисторе имеет параметры: R _К= 5,1 кОм, R _Б= 10 кОм, Е _К= 20 В, b= 10, I _КО= 10 мкА. Определить, при каком минимальном значении Е_Б транзистор войдет в режим насыщения.

3.9.2. В транзисторном ключе по схеме с ОЭ на p-n-p транзисторе определить в режиме отсечки выходное сопротивление транзистора и ключа r _{Т ОТС} и r_{ВЫХ ОТС}. Исходные данные: Е _К= 10 В; I _КБО= 125 мкА; R _Б= 2 кОм; R _К= 4 кОм; h _21Э= 30; U _{КЭ НАС}= 100 мВ.

3.9.3. Для задачи 3.9.3 определить в режиме насыщения I _КН, I _БН, выходные сопротивления транзистора r _{Т НАС} и ключа r _{ВЫХ НАС}.

3.9.4. При условиях задачи 3.9.3 определить параметры импульса на выходе ключа: t_ВХ и задержку фронта t _ЗФ, если C _Э= 5 пФ; C _К= 10 пФ; =0 В; = –3 В; ¦_ГРОЭ= 10 МГц; = 1 мА; = –1 мА; напряжение отпирания U _ОТП= –0,6 В.

3.9.5. При условиях задач 3.9.3 и 3.9.5 определить параметры импульса на выходе ключа: а) постоянную времени в активном режиме t _А и фронт ; б) время рассасывания заряда и срез . Время накопления заряда принять t _Н= t _А/2.

3.9.6. Транзисторный ключ на р-п-р транзисторе имеет параметры: R _К= 1 кОм; R _Б= 1 кОм; Е _К= 20 В; b= 50; I _КО= 10 мкА. Определить U _ВЫХ при Е _Б= -1 В и при Е _Б= +1 В.

Библиографический список

1. Домрачев, Е.И. Одиночные усилительные каскады: учебное пособие / Е.И. Домрачев, Е.В. Медведева. - Киров: Изд-во ВятГУ, 2001.

2. Домрачев, Е.И. Аналоговые электронные устройства: учебное пособие / Е.И. Домрачев, Е.В. Медведева. - Киров: Изд-во ВятГУ, 2002.

3. Алексеев, А.Г. Усилительные устройства: сборник задач и упражнений / А.Г. Алексеев, Г.В. Войшвилло, И.А. Трискало. - М.: Радио и связь, 1986.

4. Расчет электронных схем: учеб. пособие для вузов / Г.И. Изъюрова, Г.В. Королев, А.А. Терехов и др. - М.: Высш. шк., 1987.

5. Кубицкий, А.А. Задачи и упражнения по электронным усилителям / А.А. Кубицкий. - М.: Радио и связь, 1986.

6. Бобров, И. И. Расчет дискретных и микроэлектронных усилителей: учеб. пособие / И. И. Бобров. - Пермь, Пермск. гос. техн. ун-т. 1998.

7. Джонс, М. Х. Электроника-практический курс / пер. с англ. Е. В. Воронова, А. Л. Ларина. - М.: Постмаркет, 1999.

8. Головатенко-Абрамова, М. П. Задачи по электронике / М.П. Головатенко-Абрамова, А. М. Лапидес. - М.: Энергоатомиздат, 1992.

9. Быстров, Ю.А. Электронные цепи и устройства / Ю.А. Быстров, И.Г. Мироненко, Г.С. Хижа. - М.: Высш. шк., 1999.

10. Павлов, В. Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств: учеб. / В. Н. Павлов, В. Н. Ногин. - М.: Горячая линия-Телеком, 2003.

11. Опадчий, Ю. Ф. Аналоговая и цифровая электроника: учеб. для студ. вузов / Ю. Ф. Опадчий, О. Г. Глудкин, А. И. Гуров; под ред. О. П. Глудкина. - М.: Горячая Линия-Телеком, 2000.

12. Гусев, В. Г. Электроника и микропроцессорная техника: учеб. пособ. для вузов / В. Г. Гусев, Ю. М. Гусев. – М.: Высш. шк., 2004, 2005.

13. Схемотехника электронных систем. Аналоговые и импульсные устройства: учеб. - СПб.: БХВ-Петербург, 2004.

14. Хоровиц, П. Искусство схемотехники: в 3 т. Т. 1 / П. Хоровиц, У. Хилл; пер. с англ. Б. Н. Бронина и др. - М.: Мир, 1993 (1998, 2001, 2003).

15. Кучумов, А. И. Электроника и схемотехника: учеб. пособие. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: "Гелиос АРВ", 2004.

16. Игумнов, Д.В. Полупроводниковые усилительные устройства / Д.В. Игумнов, Г.П. Костюнина. – М.: Радио и связь, 1997.

17. Усилительные устройства: учеб. для вузов / под ред. О.В. Головина. - M.: Радио и связь, 1993.

18. Степаненко, И. П. Основы микроэлектроники: учеб. пособие. - М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001 (1980).

19. Ибрагим, К.Ф. Основы электронной техники: элементы, схемы, системы / пер. с англ. – М.: Мир, 1997.

20. Калякин, А.И. Электроника: Основы аналоговой схемотехники: учеб. пособие для вузов. – Таганрог: Изд-во ТРТУ, 1996.

21. Ленк, Дж. Д. Справочник по расчету электронных схем. – Киев: Вища шк., 1983.

22. Основы радиоэлектроники: учеб. пособие /Ю.И. Волощенко и др.; под. ред. Г.Д. Петрухина. - МАИ, 1993.

23. Скаржепа, В.А. Электроника и микросхемотехника / В.А. Скаржепа, А.Н. Луценко. - Киев.: Вища шк., 1989.

24. Достал, И. Операционные усилители. - М.: Мир, 1982.

25. Фолкенберри, Л. Применение операционных усилителей и линейных ИС / Л. Фолкенберри. - М.: Мир, 1985.

1. Хьюлсман, Л.П. Введение в теорию и расчет активных фильтров: пер.с англ. / Л.П. Хьюлсман, Ф.Е. Аллен. - М.: Радио и связь, 1984.

26. Джонсон, Д. Справочник по активным фильтрам / Д. Джонсон, Д. Джонсон, Г. Мур; пер. с англ. М. Н. Микшиса; под ред. И. Н. Теплюка. - М.: Энергоатомиздат, 1983.

27. Алексенко, А. Г. Основы микросхемотехники. - 3-е изд. - М.: Лаборатория Базовых Знаний: ФИЗМАТЛИТ: ЮНИМЕДИАСТАЙЛ, 2002.

28. Разевиг, В. Д. Схемотехническое моделирование с помощью Micro-CAP-7 / В. Д. Разевиг. - М.: Горячая линия-Телеком, 2003 (2001).

 

Учебное издание

Медведева Елена Викторовна

Частиков Александр Вениаминович