Иу на одном ОУ с регулировкой коэффициента усиления. Порядок расчета и моделирования в системе micro-cap.

В случае, когда необходимо использовать дифференциальный вход и иметь возможность регулировки усиления по напряжению, можно использовать схему,

Подставим полученное выражение в (*):

 

;

 

,

где ρ < 1 – коэффициент, соответствующий углу поворота движка потенциометра R ₂.

При изменении ρ в диапазоне 0…1 знак выходного напряжения не изменяется.

Недостатком схемы является то, что введенная цепь регулировки усиления дополнительно ухудшает КОСС_ИУ.

Схема усилителя усиливает дифференциальный входной сигнал c коэффициентом Kд:   Kд=(2R2(1+1/))/R1. где коэффициент, соответствующий углу поворота движка потенциометра R2. Следовательно, для моделирования худшего случая нужно принять ТКС резистора R2 и R1 максимальным по модулю и противоположным по знаку.

Принимаем =1 и зададимся значением резистора R1:

тип: С5-53В,Pном-0.125 Вт, ряд E192, допуск 0.05%, ТКС: +-10E-6 [1/град С] при tC=(-60...+70)град С

Рассчитываем значения резистора R2:

 

 

С учетом выбранных номиналов резисторов коэффициент усиления составит:

С учетом выбранных номиналов резисторов полезный сигнал на выходе ИУ будет равен:

 

 

2.1 Погрешность моделирования по выходу ИУ:

Значение полезного сигнала на выходе:

Погрешность по выходу полезного сигнала:

(%)

2.2 Погрешность моделирования по коэффициенту ослабления синфазного сигнала (КОСС):

Для определения погрешности по КОСС необходимо определить коэффициент усиления схемы по дифференциальному и по синфазному сигналу. Коэффициент усиления дифференциального сигнала находится как отношение значения выходного полезного сигнала к входному. Коэффициент усиления синфазного сигнала находится как отношение значения выходного синфазного сигнала к входному. Дифференциальный и синфазный сигнал необходимо подавать по очереди, как показано на рисунке.

коэффициент усиления диф. сигнала:

коэффициент усиления синфазного сигнала:

Тогда реальный КОСС схемы равен:

 

 

ИУ на двух ОУ без синфазного сигнала на входах ОУ – достоинства и недостатки схемы. Порядок расчета и моделирования в системе Micro-Cap.

В данной схеме ОУ1 работает как инвертирующий усилитель, а ОУ2 – как инвертирующий сумматор.

 

.

 

При соблюдении условия , ; .

Коэффициент усиления можно регулировать при помощи резистора R ₄.

Достоинства схемы:

1) ОУ1 и ОУ2 работают без синфазного сигнала на входах (инвертирующий усилитель нечувствителен к КОCС ОУ);

2) в этой схеме можно значительно увеличить синфазное входное напряжение. Ограничения только следующие:

, .

Недостатки схемы:

1) выходные сопротивления источников U _вх1 и U _вх2 влияют на коэффициент усиления схемы и снижают КОСС_ИУ;

2) низкое входное сопротивление (R ₁ для источника сигнала U _вх2 и R ₅ для источника сигнала U _вх1);

3) плохие частотные свойства, так как сигналы U _вх1 и U _вх2 попадают в точку суммирования с разной задержкой. При измерении ВЧ-сигналов необходимо выбирать ОУ1 и ОУ2, имеющие высокую скорость нарастания выходного сигнала ( );

4) различная глубина ООС усилителей ОУ1 и ОУ2, что также ухудшает частотные свойства.

 

- вид синфазного сигнала (помехи):

частота синфазного сигнала (помехи):

- допустимая погрешность ИУ по Kд (%):

- ограничение по входному сопротивлению ОУ:

1.Расчет элементов схемы:

 

Схема усилителя усиливает дифференциальный входной сигнал c коэффициентом Kд:   Kд=R4/R5. Следовательно, для моделирования худшего случая нужно принять ТКС резистора R4 и R5 максимальным по модулю и противоположным по знаку. Дифференциальный коэффициент усиления равен отношению резисторов R4 и R5 при условии соблюдения соотношения: R2/R3=R1/R5

 

Рассчитываем значения резисторов R2 и R4:

 

 

Рассчитываем значения резисторов R6 и R7, преднозначенных для симметрирования ОУ:

 

С учетом выбранных номиналов резисторов коэффициент усиления составит:

С учетом выбранных номиналов резисторов полезный сигнал на выходе ИУ будет равен:

 

2.1 Погрешность моделирования по выходу ИУ:

Значение полезного сигнала на выходе:

Погрешность по выходу полезного сигнала:

(%)