Разработка аналогового устройства для решения системы линейных уравнений. Выбор операционного усилителя. Определение основных параметров преобразования. Схемная реализация операционного устройства. Определение погрешности при переходе и температурной.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Тема работы:

"Операционное устройство для решения системы линейных уравнений"

Содержание

• Введение
• Краткие теоретические сведения
• Выбор операционного усилителя
• Определение основных параметров преобразования
• Схемная реализация операционного устройства
• Определение погрешностей при переходе в сетку номиналов резисторов и погрешности 1% допуска
• Определение температурной погрешности
• Заключение
• Библиографический список
• Приложение

Введение

В данной курсовой работе необходимо разработать аналоговое устройство для решения системы линейных уравнений. В качестве активного элемента целесообразно использовать операционный усилитель. Операционный усилитель (ОУ) был изобретен в 1938 году. Тогда ОУ собирались на лампах и являлись основным узлом аналоговых вычислительных машин. Первые монолитные интегральные ОУ были разработаны Р. Уидларом. Основой их производства послужила биполярная технология.

За последние годы область применения ОУ очень расширилась. Практически все аналоговые и цифро-аналоговые электронные устройства, в которых ранее применялись дискретные транзисторы, строятся теперь с использованием микроэлектронных ОУ. ОУ являются основным элементом аналоговых и аналого-цифровых вычислительных систем, различных информационно-измерительных и управляющих систем и приборов. ОУ широко используются в различных радиотехнических устройствах, в аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователях, коммутаторах, функциональных преобразователях, устройствах сжатия информации, активных фильтрах, генераторах, источниках питания и ряде других устройств.

Качество, технические характеристики и номенклатура ОУ в значительной мере предопределяют такие важные показатели, как быстродействие, точность, стоимость, надежность и габариты перечисленных выше устройств и систем. Поэтому улучшение параметров ОУ является очень важной задачей.

В настоящее время разработаны и выпускаются сотни различных ОУ. Такое широкое распространение их в значительной мере связано с успехами микроэлектроники, что позволило снизить стоимость и размеры ОУ до стоимости и размеров транзистора. Надежность интегральных ОУ мало уступает надежности транзисторов, а по своим функциональным возможностям ОУ относятся к самым универсальным элементам. Высокий коэффициент усиления, стабильность нулевого уровня, высокое входное и низкое выходное сопротивления, высокое быстродействие и возможность работы с разнообразными цепями обратной связи позволяют выполнять различные преобразования входного сигнала - суммирование, вычитание, интегрирование, дифференцирование, сравнение, запоминание, умножение, логарифмирование, возведение в степень и ряд других преобразований

Краткие теоретические сведения

Основной элементной базой аналоговой микроэлектронной аппаратуры является операционный усилитель (ОУ). Операционным усилителем называют модульный многокаскадный усилитель постоянного тока с дифференциальным входом. Термин "операционный усилитель" возник в аналоговой вычислительной технике, где эти устройства применялись для моделирования различных математических операций. Появление полупроводниковых ОУ в виде интегральных схем (ИС) сделало их наиболее широко применяемыми универсальными элементами микроэлектроники.

Отличительной особенностью ОУ является использование обратной связи. ОУ обычно используют в режиме глубокой обратной связи, а коэффициент усиления по напряжению в разомкнутой петле обратной связи достигает миллиона. Свойства и параметры обычного усилителя полностью определяются его схемой, а свойства и параметры ОУ определяются преимущественно параметрами цепи обратной связи.

На функциональных схемах ОУ условно изображаются в виде треугольника (рис.1) с внешними выводами, один из которых на него подано напряжение U1) принято называть инвертирующим входом, второй (U2) - неинвертирующим входом, третий (U_вых) - выходной шиной усилителя или его выходом, четвертый (+E_n1) и пятый (E_n2) выводы - выводы питания.

Рис.1

Назначение и структура операционных усилителей. Операционные усилители (ОУ) помимо усиления сигналов позволяют выполнять математические операции - суммирование, дифференцирование, интегрирование, логарифмирование сигналов и др. операции. Операционный усилитель обычно включает в себя дифференциальный каскад ДК на входе, усилитель напряжения УН и эмиттерный повторитель ЭП на выходе (рис.2).

Дифференциальный каскад выполняется на полевых транзисторах для получения высокого входного сопротивления. Усилитель напряжения обычно выполняется в виде дифференциального каскада на биполярных транзисторах для получения большого коэффициента усиления. Эмиттерный повторитель применяется для получения низкого выходного сопротивления ОУ. Как правило, применяются двухтактные эмиттерные повторители, работающие в режиме с отсечкой выходного тока. ОУ без обратной связи имеет неопределенно большие коэффициенты усиления напряжения и тока. Реально коэффициент усиления напряжения ОУ >.

рис.2 Структура ОУ

Выбор операционного усилителя

Пользуясь справочником [5]., после анализа характеристик остановимся на ОУ КР 140УД 18.

КР 140УД18 - операционный усилитель общего применения с хорошо согласованной парой полевых транзисторов на входе. Имеет малые входные токи и весьма низкое напряжение смещения, а также внутреннюю частотную коррекцию и небольшой ток потребления.

аналоговое устройство линейное уравнение

Низкое напряжение смещения и высокий коэффициент усиления позволяют применять его в измерительной аппаратуре с высоким коэффициентом усиления. Показатели стабильности напряжения смещения и разности входных токов в зависимости от времени или температуры - отличные. Точность и устойчивость работы ОУ при отсутствии внешней установки нуля сделали его образцом для применения в измерительной аппаратуре.

Особенности:

1. Входной каскад на полевых транзисторах.

2. Малые входные токи.

3. Напряжение смещение 10мВ.

4. Широкий диапазон напряжений питания.

Электрические параметры ОУ КР 140УД 18 при=15 В, Т= +25°С.

Параметр	Буквенное обозначение	Значение	Единица измерения
Максимальное выходное напряжение		11,5	В
Напряжение смещения		10	мВ
Входной ток		1	нА
Ток потребления		4,0	мА
Разность входных токов		0, 20	нА
Коэффициент усиления напряжения		50	тыс.
Коэффициент ослабления синфазных входных напряжений		80	дБ
Максимальное синфазное входное напряжение		10,5	В
Коэффициент влияния нестабильности источников питания на напряжение смещения		80	дБ
Частота единичного усиления		1,0	МГц
Максимальная скорость нарастания выходного напряжения		2,0	В/мкс
Средний температурный дрейф напряжения смещения		10,0	мкВ/°С
Средний температурный дрейф разности входных токов		100	пА/°С

Определение основных параметров преобразования