Введение

Операционный усилитель (ОУ) — это усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и, как правило, единственным выходом, имеющий высокий коэффициент усиления. ОУ почти всегда используются в схемах с глубокой отрицательной обратной связью, которая, благодаря высокому коэффициенту усиления ОУ, полностью определяет коэффициент передачи полученной схемы.

В настоящее время ОУ получили широкое применение, как в виде отдельных чипов, так и в виде функциональных блоков в составе более сложных интегральных схем. Такая популярность обусловлена тем, что ОУ является универсальным блоком с характеристиками, близкими к идеальным, на основе которого можно построить множество различных электронных узлов.

Использование ОУ как схемотехнического элемента гораздо проще и понятнее, чем оперирование отдельными элементами, его составляющими (транзисторов, резисторов и т. д.). При проектировании устройств на первом (приближённом) этапе операционные усилители можно считать идеальными. Далее для каждого ОУ определяются требования, которые накладывает на него схема, и подбирается ОУ, удовлетворяющий этим требованиям. Если получается, что требования к ОУ слишком жёсткие, то можно частично перепроектировать схему для обхода данной проблемы.

В проектировании современных электронных устройств широко используются типовые электронные функциональные микроузлы- интегральные микросхемы. Когда заданные в технических условиях параметры и характеристики невозможно обеспечить с помощью интегральных микросхем, следует дополнить их схемами, выполненными на дискретных компонентах. Экономически целесообразным может оказаться разработка специальных микросхем частного применения, которые дадут возможность получить требуемых характеристики преобразовании

1. Задание на курсовой проект

Спроектировать электронное устройство, в состав которого входит измерительный усилитель напряжения, выходной сигнал которого подключается к одному из двух выходов устройства; устройство измерения частоты сигнала, усиливаемого усилителем; а также вторичный источник напряжения их питания. Коммутация выхода осуществляется электронным аналоговым ключом, управляемым от логического блока. Если выполняется заданное логическое уравнение, то выход усилителя подключается к выходу 1. Если уравнение не выполняется, то к выходу 2. Сигналы, управляющие логическим блоком, имеют значения a, b, c, d. Электронное устройство питается от промышленной сети U=220В±10%, 50 Гц.

Необходимо разработать структурную схему устройства, а также принципиальную, печатную и монтажные схемы функциональных блоков устройства.

2. Технические условия

Максимальное входное напряжение: 30 мкВ

Входное сопротивление в полосе рабочих частот: < 2 кОм

Погрешность входного сопротивления: не более 5%

Коэффициент усиления по напряжению: 500000

Нижняя граница диапазона частот усилителя: 330 Гц

Верхняя граница диапазона частот усилителя: 15000 Гц

Максимальное выходное напряжение: 15 В

Погрешность коэффициента усиления в полосе рабочих частот: не более 4%

Максимально допустимое выходное сопротивление усилителя: 90 Ом

Приведенный температурный дрейф нуля: не более 410 мкВ/град

Минимальное сопротивление нагрузки: 5010 кОм

Рабочий диапазон температур: 0 – 60 ºC

Разрядность цифрового индикатора частоты: 5 с

Время индикации частоты: 7 с

Логическое уравнение:

Уровни напряжений a, b, c, d: 0, 20 В

1. Блок-схема прибора

Прибор состоит из 5 основных блоков:

• Усилитель электрического напряжения

• Частотомер

• Аналоговый электронный ключ

• Блок питания

• Логический блок

Структурная схема устройства представлена на рис.1.

Рис.1. Структурная схема устройства

На вход прибора подается аналоговый сигнал синусоидального вида от внешнего источника. Усилитель напряжения усиливает этот сигнал в К_U раз и далее этот сигнал поступает на вход электронного ключа. Электронный аналоговый ключ коммутирует сигнал на выход 1 или выход 2, в зависимости от состояния выхода логического блока: если сигнал выхода логического блока равен 1, то электронный ключ переключает выходной сигнал на выход 1, если равен 0 – на выход 2. На вход логического блока подаются 4 сигнала a, b, c, d, в зависимости от которых решается логическое уравнение и на выходе логического блока формируется сигнал 0 или 1. Частотомер, подключенный на выход усилителя напряжения, измеряет частоту усиливаемого сигнала, преобразуя синусоидальный сигнал в прямоугольные импульсы. Блок питания обеспечивает схему прибора напряжениями: ±15 В – для питания усилителя напряжения, электронного ключа, компаратора; +5 В – для питания частотомера и логического блока, +10 В – для питания индикатора.