Схемотехника аналоговых электронных устройств

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Самарский государственный аэрокосмический университет

имени академика С.П. Королева»

Тольяттинский филиал

Заочное отделение

Контрольная работа

«Схемотехника аналоговых электронных устройств»

Вариант № 5

Выполнил

Каньшин Е.В

Проверил преподаватель:

доцент Шишлин Б.В.

Тольятти 2008 г.

Задача №1

схема сопротивление напряжение ток

Определить сопротивление R2 в схеме инвертирующего усилителя и его входной ток, если требуемый коэффициент усиления К = 20, Uвх = 0,4 В и R1 = 13 кОм.

Решение

При решении будем использовать идеализированную модель ОУ: коэффициент усиления , что означает Uвх.д = Uвых / К = 0; входные токи ; напряжение смещения Uсм = 0.

Так как потенциал неинвертирующего входа равен нулю, Uвх.д ~ 0, то потенциал инвертирующего входа также весьма близок к потенциалу нуля. Тогда входной ток Iвх = I1, будет равен:

Коэффициент передачи инвертирующего усилителя определяется соотношением резисторов R1 и Rос (R2) и имеет вид:

Отсюда Rос (R2) = Koc * R1 = 13 кОм * 20 = 260 кОм.

Задача №2

Рассчитать сопротивление в цепи базы для схемы каскада с ОЭ с фиксированным током базы. Исходные данные:

Решение

Расчет будем производить для режима работы транзистора по постоянному току.

1. Определим ток коллектора:

2. Находим ток базы:

3. Падение напряжения на переходе база - эмиттер выбираем равным 0,6 - 0,7 В: Uбэ0 = 0,65 В

4. Определяем величину базового сопротивления:

Выбираем ближайшее стандартное значение - 620 кОм.

Задача №3

Рассчитать каскад с ОЭ с эмиттерной термостабилизацией. Исходные данные:

Решение

Расчет каскада будем вести по постоянному току.

1. Определяем коллекторный и эмиттерный токи:

, ,

.

2. Находим сопротивление резистора в цепи эмиттера:

Выбираем ближайшее стандартное значение 13 кОм.

3. Находим ток базы:

4. Задаемся напряжением на базе:

Uб = Uэ + Uбэ0 = 3 + 0,2 = 3,2 В.

5. Задаемся током делителя напряжения в цепи базы:

Iд = (5…15)Iб = 10 Iб = 62 мкА.

6. Определяем сопротивление резисторов делителя напряжения:

Выбираем ближайшее стандартное значение - 51 кОм.

Задача №4

Найти Кос и Uвых неинвертирующего усилителя.

Исходные данные: R1 = 9 кОм; R2 = Roc = 24 кОм; Uвх = 3В.

Решение

Для неинвертирующего усилителя справедливы следующие соотношения:

Подставляя исходные данные, получим:

Задача №5

Определить наибольшую частоту синусоидального входного сигнала, а также полосу пропускания максимальной мощности (Uмах. вых. = 12 В), которую допускает значение V выбранной ИМС ОУ (V = 2,8 В/мкс), если на выходе надо иметь неискаженные напряжения: а) Um. вых = 3 В; б) Um. вых = 8 В.

Решение

Максимальная скорость нарастания выходного напряжения Vмах определяет максимальную частоту, на которой может быть получено неискаженное синусоидальное напряжение номинальной амплитуды U⁺_вых на выходе повторителя напряжения. Эту частоту называют частотой полной мощности fпм. Величины Vмах и fпм связаны соотношением:

Vмах = U⁺_вых·2р· fпм.

Отсюда наибольшая частота равна:

fпм = Vмах / U⁺_вых·2р.

Подставляя исходные данные, получим для U⁺_вых = 12 В:

fпм1 = 2,8 / 12·2·3,14 = 0,03978874 МГц = 38,8 кГц.

Для U⁺_вых = 9 В:

fпм2 = 2,8 / 9·2·3,14 = 0,05305165 МГц = 52,1 кГц.

Для U⁺_вых = 3 В:

fпм3 = 3 / 3·2·3,14 = 0,15915494 МГц = 159,2 кГц

Задача №6

Определить наибольшую амплитуду Um. вых синусоидального выходного напряжения, которую допускает значение V выбранной ИМС ОУ (V = 2,8 В/мкс) на fmax = 60 кГц.

Решение

Пользуясь формулой из предыдущей задачи, найдем:

Vмах = U⁺_вых·2р· fпм.

Um. вых = Vмах / 2р· fmax = 2,8 / 2·3,14·0,06 = 7,43 В.

Задача №7

Определить значения резисторов R1 и Rос в неинвертирующем усилителе на ОУ, напряжение на выходе которого Uвых = 5 В при напряжении на входе Uвх = 90 мВ, а входной ток Iвх = 1 мкА.

Решение

Для неинвертирующего усилителя справедливы следующие соотношения:

Из выражения для тока найдем значение сопротивления R1:

Найдем Кос:

Найдем Rос:

Задача №8

Определить напряжение на выходе неинвертирующего сумматора на ОУ, если R1 = 3,2 кОм и Rос = 10 кОм, а на входах ОУ имеются следующие напряжения и сопротивления: (Uвх2 = 2,8 В; Uвх3 = 5,3 В; Uвх4 =7,2 В; Uвх5 = 8,8 В; R2 = R3 = R4 = R5 = 15 кОм).

Решение

Входные напряжения Uвх2, Uвх3, … Uвх n подаются через резисторы R2, R3, … Rn на неинвертирующий вход ОУ. Отрицательная обратная связь создается резисторами R1 и Rос.

Используя метод узловых потенциалов, определим входное напряжение:

где - проводимость i-й ветви входной цепи.

При принятых допущениях (Uвх.д = 0; ) выходное напряжение можно определить, как и в неинвертирующем усилителе:

Тогда получим:

В таком сумматоре каждое входное напряжение суммируется со своим весовым коэффициентом

,

а результат суммы усиливается в Кос раз.

Если выбрать все входные сопротивления одинаковыми:

R2 = R3 = … = Rn = R,

то входное напряжение будет равно:

.

То есть входное напряжение теперь равно среднему значению входных напряжений, а выходное напряжение:

Подставляя исходные данные и учитывая, что входные сопротивления равны, получим:

Задача №9

Определить значения всех сопротивлений в суммирующем инвертирующем усилителе на пять входов, если напряжение на выходе составляет 18 В, сопротивление цепи обратной связи равно 300 кОм, а входные напряжения складываются с коэффициентами 1;0,5;3;2,5;1,5.

Решение

Во входную цепь вместо одного резистора R1 включено n резисторов: R1, R2, …, Rn. На каждый вход подаются соответственно напряжения U1, U2, …, Un. В силу сделанных допущений (Uвх.д = 0, Iвх = 0) потенциал инвертирующего входа ОУ равен нулю. Поэтому все токи во входных цепях независимы, то есть:

а их сумма равна току Iос:

Iос = I1 + I2 + …+In.

Ток Iос создает на резисторе Rос напряжение, которое является выходным напряжением усилителя: Uвых = - IосRос.

Подставляя в последнее выражение значение тока Iос, получим:

Из этого выражения видно, что выходное напряжение является суммой входных напряжений, каждое из которых суммируется со своим коэффициентом передачи Ki = Rос/Ri по соответствующему входу.

Подставляя значения соответствующих коэффициентов и значение Rос, находим значения соответствующих входных резисторов:

Задача №10

Динамический диапазон усилителя на ОУ составляет 90 дБ. Напряжение питания ОУ составляет ± 15 В. Минимальное напряжение на входе ОУ составляет 0,00009 В. Определить коэффициент усиления усилителя.

Решение

Динамическим диапазоном (D) по входу (выходу) называют отношение максимального напряжения на входе (выходе) устройства, при котором искажения не превышают допустимый уровень, к минимальному напряжению на входе (выходе):

Динамический диапазон часто приводят в децибелах:

Найдем динамический диапазон в «разах»:

Теперь можно определить максимальное входное напряжение Uвх.max:

Uвх.max = Uвх.min · D = 0,00009 · 31623 = 2,846 ~ 2,85 В.

Напряжение питания ОУ составляет ± 15 В. Значит, максимально возможный размах напряжения на выходе составит Uвых.max = 28 В. Для того, чтобы исключить ограничение амплитуды выходного сигнала, коэффициент усиления усилителя не должен превышать:

Размещено на Allbest.ru