Общий порядок разработки устройств на ОУ

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 4

Задано: функция, пределы Uвых, Rнагр, погрешность _доп- обязательно; ряд резисторов, параметры источника сигнала, температура t окружающей среды, частотные характеристики, характеристики источники питания — желательно.

1. Выбрать схему.

2. Определить требования к усилителю, задавшись погрешностью

3. Выбрать усилитель (можно по ) считая что

где k _сх - усиление сигнала, поданного на инвертирующий вход усилителя.

В случае коррекции нуля эта погрешность уменьшается на порядок.

4. Задавшись , определить

Если сопротивление ветвей, подключаемых к инвертирующему и неинвертирующему входам усилителя одинаково, то i_вх заменяют на Δi_вх .

5. Определить из условия :

6. Выбрать R_ОС из заданного ряда с учетом коэффициентов.

7. Определить все резисторы и выбрать из заданного ряда.

8. Оценить погрешности:

Порядок расчета инвертирующего сумматора

Задано: функция пределы изменения

Могут быть заданы частотные характеристики, тип выходного каскада и др.

1.Выбрать схему.

2.Определить

3.Считая например и определить требования к ОУ:

4. Выбрать ОУ, выписать параметры

5. Найти пределы R_ос, задавшись

6. Выбрать из заданного ряда

При этом желательно, чтобы значение также имелись в заданном ряде (или легко подбирались).

7.Оценить погрешности:

, где R - максимальная погрешность сопротивления R в %.

8. Если _t расчет закончен. Если же то следует уменьшить погрешность .

Для уменьшения вводят внутреннюю коррекцию нуля. При этом уменьшается на порядок.

Погрешность от входного тока в этом случае определяется по формуле

Пример расчета

Задание: рассчитать устройство, реализующее функцию

Допустимая погрешность температура окружающей среды от

Рис.1 - Функциональная схема инвертирующего сумматора

2. Определяем

3. Полагаем , получим

4.Учитываем и выбираем К551УД1

5.Находим

6.Выбираем

Т.к. R₄

можно принять равным нулю. Погрешность резисторов 0,1 %;

7. Оцениваем погрешности: , по условию:

Т.е., все требования выполнены. Принципиальная схема сумматора приведена на рис.2.

Рис.3.2 - Принципиальная схема инвертирующею сумматора

Неинвертнрующий сумматор

Рис.3.3. Функциональная схема неинвертирующего сумматора

Пусть R_i - значение сопротивления соответствующего резистора, a g_i – его проводимость.

Тогда, согласно теореме об узловых потенциалах:

Т.к. в схемах с отрицательной ОС

Если принять , то знаменатели будут равны и

или заменяя на получим:

т.е. схема обеспечивает суммирование входных напряжений с заданными коэффициентами.

Порядок расчета сумматора

Задано: функция

Может быть задан ряд резисторов, тип выходного каскада, частотные характеристики и др.

1. Выбрать схему.

2. Определить

3. Определить требования к ОУ. Задавшись и (например, )

4.Выбрать ОУ, выписать параметры:

5. Найти пределы Rqc , задавшись (например )

6. Выбрать Roc из заданного ряда

Желательно, чтобы также имелись в заданном ряде (или легко подбирались).

7. Определить и выбрать из заданного ряда

Причём

- Rобщ принимают равным Roc

8. Оценить погрешности:

где R - максимальная погрешность R в %;

9. Если , расчет закончен. Если же , то следует уменьшить погрешность , путем введения коррекции нуля (внутренней или внешней) и уменьшить R (как в инвертирующем сумматоре).

Пример расчета

Задано: разработать устройство, реализующее функцию:

Температура окружающей среды от +5⁰С до +45⁰С. Резисторы брать из ряда Е24.

1. Выбираем схему:

Рис.3.4. Функциональная схема неинвертирующего сумматора

2. Определяем

3. Определяем требования к ОУ, задав и :

4. Выбираем ОУ К553 УДЗ; выписываем параметры:

5. Находим пределы R _ос задавшись (например )

6. Выбираем R_oc (на схеме R6) из ряда Е24 с учетом коэффициентов.

Удобно взять R₆ (R₄=18k)

8. Определяем погрешности:

9. Определяем требования к резисторам:

Принимаем ∆R = 0,5 %.

10. Выбираем резисторы С2-36-0,125Вт с допусками 0,5%.

11. Определяем общую погрешность

Полученная погрешность меньше заданной. Расчет окончен.

12. Строим принципиальную схему сумматора. Так как Ксх=13 берём выбранные из второй таблицы приложение А для Кос = 10.

Рис.3.5. Принципиальная электрическая схема сумматора

Порядок расчета вычитателя

Задано: функция U_вых = a₁U₁ − a₂U₂, пределы изменения U_вых, U₁ и U₂; R, S_dim, t°C, ряд резисторов. Могут быть заданы частотные характеристики, тип выходного каскада и др.

1. Выбрать схему; R4 вводят если Если

Рис.3.6 - Функциональная схема «вычитателя»

3. Определить требования к ОУ, распределив погрешность по имеющемуся опыту.

Допустимое входное синфазное напряжение должно быть не меньше, чем напряжение на неинвертирующем входе

Выходное напряжение усилителя должно быть больше или равно заданному, а допустимое минимальное сопротивление нагрузки меньше заданного. Остальные параметры при выборе усилителя можно не учитывать.

4. Выбрать ОУ, выписать параметры, необходимые для расчетов.

5. Найти пределы значения R_oc, задавшись (на схеме R_0с, обозначено как R5):

6. Выбрать из заданного ряда номинал

Желательно, чтобы значения также имелись в этом ряде.

7. Найти :

В этом случае погрешность от входного тока уменьшаться не будет.

8. При необходимости уменьшить погрешность от входного тока, R1 и R3 находят, решая систему уравнений:

в) Если а₁>а₂, то принимаем a R₄ находим, решая уравнение:

9. Оценить погрешности:

10. Определим требования к резисторам:

11. Если результат приемлем, то определить тип резисторов в соответствии с постоянным номиналом и погрешностью.

Если требования к погрешности резисторов высоки, то следует уменьшить погрешность ОУ, введя коррекцию нуля или заменив ОУ на более точный.

12. Проверить

Если , то расчёт окончен.

Пример расчета

Рис.3.7. Функциональная схема вычитателя

4. С учетом U_в_ых, и R, выбираем ОУ КР1407УД 2:

Схема включения усилителя:

Рис.8. Схема включения ОУ К1407УД2

5. Находим предельные значения задавшись :

6. Выбираем

7. Определяем

8. Принимаем R₃ = R_S = 10 к.

Тогда:

9. Оцениваем погрешности, вызванные ОУ:

определить нельзя, поскольку, TKU_CM не нормирован.

Пренебрегаем этой погрешностью, т.к. обычно она значительно меньше погрешности смещения, а :

10. Определим требования к резисторам

11. Выбираем резисторы С2-29В, 0,125 Вт с допусками ± 0.25% с номиналами

1кОм, 2кОм и 10кОм.

12. Оцениваем суммарную погрешность

13. Проверим:

(соответствует условию).

Все требования выполнены.

Ниже приведена полная схема вычитателя.

Приложения ПА и ПБ

а)

б)

Рис.ПА.1. ВАХ входная (а) и выходная (б) транзистора ГТ335А, Б

Рис.ПА.2. ВАХ входная (а) и выходная (б) транзистора КТ312А

Рис.ПА.3. ВАХ входная (а) и выходная (б) транзистора КТ312Б

Рис.ПА.4. ВАХ входная (а) и выходная (б) транзистора КТ312В

Рис.ПА.5. ВАХ входная (а) и выходная (б) транзистора КТ315Б

Рис.ПА.6. ВАХ входная и выходная транзистора КТ315В (а) и КТ315Г(б)

Рис.ПА.7. ВАХ входная (а) и выходная (б) транзистора КТ602А

Рис.ПА.8. ВАХ входная (а) и выходная (б) транзистора КТ216А

Рис.ПА.9. ВАХ входная (а) и выходная (б) транзистора КТ218(А9-Г9)

Рис.ПА.10. ВАХ входные транзистора КТ601А при напряжении

U_КЭ= 0В (а) и U_КЭ= 10В(б)

Рис.ПА.11. ВАХ выходная транзистора КТ601А

а) б)

Рис.ПА.12. ВАХ входная (а) и выходная (б) транзистора КТ602А

Рис.ПА.13. ВАХ входная (а) и выходная (б) транзистора КТ603А

Рис.ПБ.1. Стоковые ВАХ транзистора КП103К-(а), Л-(б). М-(в)

Рис.ПБ.2. Стоковые ВАХ транзистора КП302А-(а), Б-(б), В-(в)

в) г)

Рис.ПБ.3. Стоковые ВАХ транзистора КП303А-(а), В-(б), Г-(в), Е-(г)

Тип	Структ.	f_гр, МГц	Р_{к доп}, мВт	U_кэ, В	J_k_доп,mA	Т_пер ⁰С	h₂₁_Э
ГТ335А,Б	p-n-p	100	200	- 17	150	-60…+70	40…70
КТ312А	n-p-n	20	225	20	30	-60…+120	10…100
КТ312Б				35			25…100
КТ312В				20			50…280
КТ315Б		100	150	20	100	-60…+100	30…120
КТ315В				40
КТ315Г				35
КТ216А	p-n-p	25	75	-60		-60…+150	9…50
КТ218Г9	p-n-p	5	200	-40		-60…+150	40…120
КТ602А	n-p-n	100	850	100		-40…+85	20…80

ПРИЛОЖЕНИЕ В. Параметры транзисторов

Табл. ПВ.1- Основные параметры биполярных транзисторов

Табл.ПВ.2- Основные параметры полевых транзисторов

Тип	Стуктура	Предельно доп. параметры			U_{зи отс}, В	S, mА/В	J_{с нач}, mА
Тип	Стуктура	Р_с, мВт	U_C_И, В	Т_пер, ⁰С	U_{зи отс}, В	S, mА/В	J_{с нач}, mА
КП103К	p-n-переход, p-канал	38	20	-55..+85	1,4…4	1…3	1…5,5
КП103Л		66	18		2…6	1,8…3,8	1,8…6,6
КП103М		120	30		2,8…7	1,3…4,4	3…12
КП302А	Изолирован. затвор, n-канал	300	20	-60..100	1…5	5…12,5	3…24
КП302Б					2,5…7	7…14	18…43
КП302В					3…10	7…14,5	33…
КП303А		200	25	-40..+85	0,5…3	1…4	0,5…2,5
КП303В					4	2…5	1,5…5
КП303Г					8	3…7	3….12
КП303Е					8	4-	5…20

ПРИЛОЖЕНИЕ ПВ

СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ ОУ

ОУ общего применения

Параметры	1407УД1*	КР1407УД2*	1407УД3*	140УД6	140УД7
К_УШ, не менее	10⁴	5 ^.10⁴	10⁴	7 ^.10⁴	5 ^.10⁴
U_СМ, мВ	6	5	5	5	4
f₁, МГц	---	3	3	1	0,8
R_{ВХ ДИФ}, МОм	–––	––––	––––	2	0.4
J_ВХ, мкА	10	0,15	5	0,03	0,2
∆ J_ВХ, мкА	2	0,05	1	0,01	0,05
V_{Ш ВЫХ}, В/мкс	25	0,5	10	2,5	0,3
t_УСТ, нС	72	70	76	70	70
К_{ОС СФ}, дБ	⁺³/_-2	10	4	12	10.5
U_ВЫХ_MAX, В	1	2	2	2	2
R_Н_min, кОм	U_пит – 1,5	U_пит – 1,5	U_пит – 1,5	11	12
U_{СФ ВХ} _max, В	+3			15	15
U_ПИТ, В	8	0.1	2	2.8	2.8
J_П, mA	5	––	5	40	-
ТКU_СМ, мкВ/град	3.5	12	2.5	––	––
ТКU_Ш, нВ/

ОУ общего применения

Параметры	140УД8	140УД9	140УД18	140УД20	153УД3^**^#
К_УШ, не менее	5 ^.10⁴	3.5 ^.10⁴	5 ^.10⁴	5 ^.10⁴	2.5 ^.10⁴
U_СМ, мВ	30	5	10	5	2
f₁, МГц	3	–––	–––	0.55	1
R_{ВХ ДИФ}, МОм	3
J_ВХ, мкА	10³	0.3	–––	–––	0.3
∆ J_ВХ, мкА	2 ^.10^-4	0,35	1 ^.10^-3	0.2	0.2
V_{Ш ВЫХ}, В/мкс	1.5 ^.10^-4	0,1	2 ^.10^-4	0.05	0.05
t_УСТ, нС	2	0.5	2	0.3	А.2
К_{ОС СФ}, дБ	80	80		70	80
U_ВЫХ_MAX, В	10	10	11.5	11.5	10
R_Н_min, кОм	1	1	2	2	2
U_{СФ ВХ} _max, В	10	6		12	12
U_ПИТ, В	15	12.6	15	15	15
J_П, mA	5	8	4	2.8	3.6
ТКU_СМ, мкВ/град	200	35	3	2	10
ТКU_Ш, нВ/	------	-----	-----	----	-----

ОУ общего применения

Параметры	153УД5	1153УД6	154УД1А	157УД1	544УД1А
К_УШ, не менее	1 ^.10⁶	5 ^.10⁴	1.5 ^.10⁵	5 ^.10⁴	1 ^.10⁵
U_СМ, мВ	1	2	3	5	15
f₁, МГц	0.1	0.7	1	0.5	1
R_{ВХ ДИФ}, МОм	0.3	0.7			10³
J_ВХ, мкА	0.1	0.075	0.02	0.5	5 ^.10^-5
∆ J_ВХ, мкА	0.02	0.01	0.01	0.15	2 ^.10^-5
V_{Ш ВЫХ}, В/мкс	5 ^.10^-3	0.5	10	0.5	5
t_УСТ, нС	110	80	86		80
К_ОС_СФ, дБ	10	10	11	12	10
U_ВЫХ_MAX, В	2	2	2	0.2	2
R_Н_min, кОм	12	12	10	13	10
U_{СФ ВХ} _max, В	15	15	15	3+8	15
U_ПИТ, В	3.5	3	0.12	9	3.5
J_П, mA	5	15	30	-----	20
ТКU_СМ, мкВ/град	-----	-----	-----	----	-----
ТКU_Ш, нВ/

Параметры	553УД1	553УД2	1401УД1	1401УД2^**	1408УД1
К_УШ, не менее	1.5 ^.10⁴	2 ^.10⁴	2 ^.10³	5 ^.10³	10⁵
U_СМ, мВ	7.5	7.5	5	5	5
f₁, МГц	1	1	-----	1	0,8
R_{ВХ ДИФ}, МОм	0,2	0.3	0.1	--	--
J_ВХ, мкА	1.5	1.5	0,15	0,15	0,03
∆ J_ВХ, мкА	0,5	0,5	0,03	0,03	3 ^.10^-3
V_{Ш ВЫХ}, В/мкс	0,2	0,6	0,5	--	2
t_УСТ, нС	65	70	70	70	80
К_ОС_СФ, дБ	10	10	12,5	12	21
U_ВЫХ_MAX, В	2	2	2	2	5
R_Н_min, кОм	8	12	--	--	23
U_{СФ ВХ} _max, В	15	15	15	15	27
U_ПИТ, В	6	6	8,5	3	4
J_П, mA	--	1,5	30	30	--
ТКU_СМ, мкВ/град	--	--	--	--	--
ТКU_Ш, нВ/

Параметры	1401УД3	1409УД1А	1401УД12*	1407УД4**
К_УШ, не менее	5 ^.10⁴	2 ^.10⁴	2,5 ^.10⁴	3 ^.10⁴
U_СМ, мВ	6	15	5	5
f₁, МГц	--	--	0.5	3
R_{ВХ ДИФ}, МОм	--	--	50	-
J_ВХ, мкА	0,25	0.05	7,5 ^.10^-³	0,5
∆ J_ВХ, мкА	0,1	0,03	3^.10^-³	0,06
V_{Ш ВЫХ}, В/мкс	---	4	0,01-0,8	3
t_УСТ, нС	70	--	70	70
К_ОС_СФ, дБ	12	12	12	0,65
U_ВЫХ_MAX, В	---	1,8	5	2
R_Н_min, кОм	12	10	10	Uвых -1.5
U_{СФ ВХ} _max, В	±1,5 … ±16,5	15	15	±1,5 … ±16,5
U_ПИТ, В	2,5	6	0,025	2,5
J_П, mA	---	---	3	---
ТКU_СМ, мкВ/град	---	---	---	5
ТКU_Ш, нВ/

ОУ быстродействующие

Параметры	140УД11	154УД3	154УД4А	574УД1А
К_УШ, не менее	2,5 ^.10⁴	8 ^.10³	8 ^.10³	5 ^.10⁴
U_СМ, мВ	5	9	6	50
f₁, МГц	15	15	1	10
R_{ВХ ДИФ}, МОм	---	---	--	10⁴
J_ВХ, мкА	0,5	0,22	1,2	5 ^.10^-⁴
∆ J_ВХ, мкА	0,2	0,03	0,3	2 ^.10^-⁴
V_{Ш ВЫХ}, В/мкс	50	80	400	50
t_УСТ, нС	---	500	600	---
К_ОС_СФ, дБ	70	80	74	60
U_ВЫХ_MAX, В	12	9,5	10	10
R_Н_min, кОм	2	2	2	2
U_{СФ ВХ} _max, В	10	10	--	--
U_ПИТ, В	15	15	15	15
J_П, mA	8	7	7	8
ТКU_СМ, мкВ/град		30		100
ТКU_Ш, нВ/	---	---	---	---

Параметры	574УД2А	140УД22	544УД2А	140УД23
К_УШ, не менее	2,5 ^.10⁴	2,5 ^.10⁴	2 ^.10⁴	5 ^.10⁴
U_СМ, мВ	50	13	30	7
f₁, МГц	1	5	15	20
R_{ВХ ДИФ}, МОм	---	---	10³	---
J_ВХ, мкА	3 ^.10^-⁴	2 ^.10^-⁴	2 ^.10^-⁴	1 ^.10^-⁴
∆ J_ВХ, мкА	1,5^.10^-⁴	5 ^.10^-⁵	1 ^.10^-⁴	2 ^.10^-⁵
V_{Ш ВЫХ}, В/мкс	10	12	20	30
t_УСТ, нС	---	----	---	---
К_ОС_СФ, дБ	70	80	70	85
U_ВЫХ_MAX, В	10	11	10	12
R_Н_min, кОм	2	2	2	2
U_{СФ ВХ} _max, В	---	10	12	11
U_ПИТ, В	15	15	15	15
J_П, mA	5	10	6	7
ТКU_СМ, мкВ/град			50
ТКU_Ш, нВ/

ОУ прецизионные

Параметры	140УД13***	140УД14	140УД17
К_УШ, не менее	10	5 ^.10⁴	2 ^.10⁷
U_СМ, мВ	5 ^.10^-²	2	0,075
f₁, МГц	10^-²	0,3	0,4
R_{ВХ ДИФ}, МОм	50	30	---
J_ВХ, мкА	5 ^.10^-⁴	2^.10^-³	4 ^.10^-³
∆ J_ВХ, мкА	2^.10^-⁴	2^.10^-⁴	3,8^.10^-³
V_{Ш ВЫХ}, В/мкс	---	0,05	0,1
t_УСТ, нС	---	---	---
К_ОС_СФ, дБ	90	85	106
U_ВЫХ_MAX, В	10	13	12
R_Н_min, кОм	10	10	2
U_{СФ ВХ} _max, В	1	13,5	13
U_ПИТ, В	15	15	15
J_П, mA	2	0,6	4
ТКU_СМ, мкВ/град	0,5	15	3
ТКU_Ш, нВ/	---	---	---

Параметры	КЗ140УД1408А	551УД1А	551УД2А***
К_УШ, не менее	5 ^.10⁴	5 ^.10⁵	5 ^.10⁵
U_СМ, мВ	2	1,5	5
f₁, МГц	0,3	0,8	0,8
R_{ВХ ДИФ}, МОм	30	1	1
J_ВХ, мкА	2^.13^-³	0,1	2
∆ J_ВХ, мкА	2^.10^-⁴	0,02	1
V_{Ш ВЫХ}, В/мкс	0,05		0,03
t_УСТ, нС	----	---	---
К_ОС_СФ, дБ	85	10	70
U_ВЫХ_MAX, В	13	10	10
R_Н_min, кОм	13,5	8	8
U_{СФ ВХ} _max, В	15	15	15
U_ПИТ, В	0,6	5	10
J_П, mA	15	3	1
ТКU_СМ, мкВ/град	--	---	---
ТКU_Ш, нВ/