Генератор треугольного напряжения на операционном усилителе

 

 

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ

ЭЛЕКТРОНИКИ И МАТЕМАТИКИ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

 

 

 

УТВЕРЖДАЮ

 

_________ Сафонов С. Н.

«___» ____________ ______ г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине

“Схемотехника ЭВМ”

по теме:

Генератор треугольного напряжения на операционном усилителе

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Руководитель темы                                                                _____________  Сафонов С. Н.                                                                                                                                                                                                                                                                                                 

                                                                   подпись                                                

 

 Исполнители темы                                                         ______________    Мельников М.А.                                                                                                   

                                                                                                       подпись

 

Москва 2008

 

Аннотация

 

В данной курсовой работе разработан генератор треугольного напряжения на операционном усилителе, с учетом заданных параметров. Разработаны функциональная и принципиальная схемы, выбрана элементная база, произведен расчет.

 

Содержание:

Аннотация……………………………………………………………………….………………..………2

Задание на курсовую работу …………………………………………………………………….……….4

1. Анализ технического задания …………………………………………………………………………5

2. Разработка функциональной схемы  и принцип действия …………………………………….……..5

2.1.Состав ……………………………………………………………………………………………….…5

2.2. Принцип действия …………………………………………………………………………………....5

2.3.Расчет параметров схемы ………………………………………………………………………….…6

3. Разработка принципиальной схемы ………………………………………………………………..…6

Список использованной литературы.......................................................................................................10

Принципиальная схема…………………………………………………………………….……………11

Перечень элементов…………………………………………………………………………..…………12

                 

 

 

Задание на курсовую работу

 

1. Наименование разрабатываемого устройства

 

Генератор треугольного напряжения на операционном усилителе.

 

2. Параметры устройства:

 

Частота выходного сигнала, ГЦ                                                                                                       10

Амплитуда выходного сигнала, В                                                                                                     5

Вид выходного сигнала                                                                                            двуполярный   Сопротивление нагрузки, кОм                                                                                                          1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Анализ технического  задания

Разрабатываемое устройство - Генератор треугольного напряжения на операционном усилителе. Устройство должно преобразовывать поступающий на вход сигнал прямоугольной формы в сигнал треугольной формы.

 2. Разработка функциональной схемы и принцип действия

2.1. Состав

Устройство состоит из  усилителя А2, представляющего  интегратор с неинвертирующим входом, присоединенным к симметрирующему потенциометру Rсим. Элементы R1 и C обеспечивают требуемые временные соотношения. Усилитель А1 является в данной схеме компаратором.

2.2. Принцип  действия

 

За счет установки R1 изменяется частота работы схемы. Так как напряжение на R1 равно +-Uст и напряжение в суммирующей точке усилителя А2 остается равным Uсим (благодаря обратной связи), то ток, протекающий через R1, будет постоянным. Поэтому и ток  заряда конденсатора С также будет постоянным. Постоянный ток заряда С определяет линейность формы выходного сигнала. Выход усилителя  А2 через потенциометр Rос  подается обратно на неинвертирующий вход усилителя А1. Rос устанавливает коэффициент обратной связи контура и поэтому задает амплитуду сигнала треугольной формы. Потенциометр Rсдвиг, подключенный к неинвертирующему входу усилителя А1 устанавливает сдвиг выходного сигнала  путем установки опорного напряжения компаратора. Симметрия формы выходного сигнала достигается установкой Rсим.

 

2.3. Расчет параметров  схемы

 

Емкость С заряжается постоянным током величиной Uст/R1. Выбираем С=1 мкФ из равенства С=It/U, где t=t/2, U=Uвых от пика до пика можно вычислить I=CU/t= (1 мкФ)(10В)/0,05 с = 0,2 мА. При Uст=10 В получим R1=10 В/0,2 мА=50 кОм.

Так как выходное напряжение должно быть симметричным относительно нуля, то для емкостей сдвига и симметрии выходного сигнала положим Rсим=Rсдв=100 кОм. Инвертирующий вход усилителя А1 должен быть заземлен через резистор 10кОм для уменьшения погрешности сдвига выходного сигнала.

Выходное напряжение усилителя А1 должно изменять свою полярность, когда выходное напряжение усилителя А2 достигает 5 В. При Uвых А1=+10В и Uвых у2= -5 В напряжение на неинвертирующем входе усилителя А1 должно быть равно нулю. Таким образом, в точке переключения А1 напряжение Ur o.c=5 В, а Ur¢o.c=10 B Положим I r o.c=I r¢ o.c= 0,1 мА, тогда Ro.c = 5 В/0,1 мА=50 кОм, R¢o.c=10 В/0,1 мА =100 кОм. Если Iст=4 мА и Uвых макс А1 =14 В, то R2 должно быть равно R2=(Uвых макс – Uст)/(Iст+Ir1 + Iro.c )=(14 В –10 В)/(4 мА+0,4 мА+0,1 мА)=888 Ом.

 

3. Разработка принципиальной схемы

 

      3.1  Элементная  база

 

К140УД7

Операционный усилитель с внутренней частотной коррекцией, с защитой входа и выхода от коротких замыканий, усилением более 30000.

 

 

 

Назначение выводов

1,5 - балансировка; 
2 - вход инвертирующий; 
3 - вход неинвертирующий; 
4 - напряжение питания -Uп; 
6 - выход; 
7 - напряжение питания +Uп; 
8 - коррекция;

Электрические параметры

1	Напряжение питания	15 В  10%
2	Диапазон синфазных входных напряжений при Uп= 15 В	12 В
3	Максимальное выходное напряжение  при Uп= 15 В, Uвх= 0,1 В, Rн = 2 кОм	10,5 В
4	Напряжение смещения нуля при Uп= 15 В, Rн = 2 кОм      К140УД7	не более 9 мВ
5	Входной ток при Uп= 15 В, Rн = 2 кОм	не более 400 нА
6	Разность входных токов при Uп= 15 В, Rн = 2 кОм	не более 200 нА
7	Ток потребления при Uп= 15 В, Rн = 2 кОм	не более 3,5 мА
8	Коэффициент усиления напряжения      К140УД7	не менее 30000
9	Входное сопротивление	не менее 400 кОм

 

К140УД17

Прецизионный усилитель с малым напряжением смещения и высоким коэффициентом усиления напряжения. Имеет внутреннюю частотную коррекцию. Обладает отличным сочетанием параметров входных напряжений и тока шума. Предназначен для применения в высокоточных измерительных цепях с большим коэффициентом усиления.

Назначение выводов  
1,8 - балансировка; 
2 - вход инвертирующий; 
3 - вход неинвертирующий; 
4 - напряжение питания -Uп; 
6 - выход; 
7 - напряжение питания +Uп;

 

1	Напряжение питания	15 В  10%
2	Максимальное выходное напряжение      К140УД17А	не менее 12 В
3	Напряжение смещения нуля  при Uп= 15 В      К140УД17А	не более 75 мкВ
4	Входной ток  при Uп= 15 В      К140УД17А	не более 4 нА
5	Ток потребления  при Uп= 15 В      К140УД17А	не более 4 мА
6	Разность входных токов  при Uп= 15 В      К140УД17А	не менее 3,8 нА
7	Коэффициент усиления напряжения  при Uп= 15 В      К140УД17А	не менее 200000
8	Коэффициент ослабления синфазных входных напряжений      К140УД17А,	не менее 106 дБ  не менее 96 дБ
9	Синфазное входное напряжение      не менее      типовое	13 В  15 В
10	Коэффициент влияния нестабильности источников питания на напряжение смещения      К140УД17А,	не менее 94 дБ
11	Частота еденичного усиления	не менее 0,4 МГц
12	Скорость нарастания выходного напряжения	не менее 0,1 В/мкс
13	Средний температурный дрейф напряжения смещения      К140УД17А,	не более 3 мкВ/ ° C
14	Средний температурный дрейф разности входных токов      К140УД17А	не более 120 пА/ ° C

 

Стабилитрон.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемой литературы

 

1. Л. Фолкенберри «Применения операционных усилителей и линейных ИС: Пер. с англ.-М.:Мир, 1985. – 572 с., ил.
2. Дж. Рутковски под ред. канд. техн. наук М. В. Гальперина «Интегральные операционные усилители»  издательство «МИР» М. 1978г.320 с.

3    «Аналоговая и цифровая электротехника (Полный курс):

      Учебник для вузов /  Ю.Ф. Опадчий , О. П. Глудкин, А. И. Гуров; под ред О.П.

       Глудкина.- М.: Горячая  линия –Телеком, 2002.- 768с.: ил.

4     www.chipinfo.ru

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Перечень элементов

 

Поз. обозн.	Наименование	Кол.	Примечание
R1	Резистор С2-6 -0,125 50 кОм 5%	1
Rс1	Резистор  С2-6 -0,125 50 кОм 5%	1
Rс2	Резистор  С2-6 -0,125 50 кОм 5%	1
Rос1	Резистор  С2-6 -0,125 50 кОм 5%	1
Rос2	Резистор С2-6 -0,125   5 кОм 5%	1
Rсим	Резистор  С2-6 -0,125 100 кОм 5%	1
Rсдв	Резистор  С2-6 -0,125 100 кОм 5%	1
C	Конденсатор К 10-17- Н90 -25В-1мкФ 5%	1
К140УД7	Операц. усилитель	1
К140УД17	Операц. усилитель	1
С3,С5	Конденсатор К 10-50 -25 В –0,47 мкФ	2
С4,С6	Кондесатор К 50-3А-25В - 47 мкФ	2