Импульсные устройства на микросхемах, страница 8

В практических устройствах сопротивление этих резисторов выбирают в пределах от единиц до сотен килоом. Из формулы (2.10) видно, что когда к2>Р!, то ()вмх>()вх', прн Р2()11 — наоборот. Если К2=й1, ОУ работает с единичным усилением. Из формулы (2.!3) следует, что для устройства по рис. 2,28, б коэффициент усиления не может стать менее единицы. Реальные ОУ, в отличие от идеальных, имеют небольшой входной ток (единицы — деснтки наноампер). Влияние этого тока компенсируют включением дополнительного резистора РЗ к неиннертпрующему входу (рис. 2.28,в). Сопротивление этого резистора должно быть равно сопротивлению параллельно включенных резисторов (!2 и )!1.

Частный случай включения, когда 82=0 и Бвмх=Пвх, представлен на рис, 2.29. Такой вариант называют повторителем напряжения (Ку=!). Повторитель напряжения часто примениют в качестве буферной ступени. Петля отрицательной обратной связи — непременный элемент большин. ства вариантов включения ОУ. Исключение составляет тольно работа в режиме компаратора напряжения, о чем будет сказано далее. (д Взгх агу В гу Рис. 2.29. Операционный усилитель в режиме едннич.

ного усиления Рис. 2.30. Передаточная характеристика операционного усилителя 33 бйг ййг Рис. 2.32. Схема включения стабилитронов иа выходе операционного усилителя: а — рввнополярный выходной снгнвл; б — однополярный Рис. 2,31. Схема включения положительной обратной связи в операционном усилителе Передаточная характеристика ОУ с инверсией входного сигнала поясняет принцип его использования в импульсной технике (рис.

2.30). Эта характеристика соответствует способу включения ОУ по схеме рис. 2.28, а. Линейный участон характеристики, работа на котором обеспечивает усилительный режим, невелика, при неглубокой отрицательной обратной связи нли в ее отсутствие ширина участка не превышает единиц или десяткон милливольт. Если уровень входного сигнала больше этого значения, что всегда бывает в импульсных устройствах, выходное напряжение принимает предельное значение О,ых= +Овг либо ()вых -()вь соответствующее режиму насыщения — горизонтальным участкам передаточной характеристики.

В импульсных устройствах, где требуется, чтобы выходное напряжение переключалось скачком от одного уровня к другому даже при медленном изменении входного напряжения, часто употребляют и положительную об. ратную связь — с выхода усилителя на неинвертирующий вход (рис. 2.31). Положительная обратная связь обеспечивает регенеративное (лавинообразное) развитие процесса переключения и сохранение нового состояния после прекращения входного сигнала. Выходную цепь импульсных устройств на ОУ нередко усложняют с целью ограничения выходного напряжения (рис. 2.32,а, и 6).

В первом случае анакопеременное выходное напряжение ограничивается на уровнях 1)сгвз+()пр ()сгвв+0,7 В. Здесь ()огво — напряжение стабилизации стабилитронов (обычно ЧП! и ЧП2 однотипные приборы), а Нов — постоянное прямое напряжение диода.

Напряжение стабилизации должно быть на несколько вольт меньше напряжения питания. Резистор Р,! ограничивает ток через стабилитроны допустимыми значениями. Стабилитроны в сочетании о резистором И не только ограничивают выходное напряжение на желаемом уровне, но и страхуют выход ОУ от защелкнваиия (триггерного эффекта)' при малых сопротивлениях нагрузки. Второй вариант (рис. 2.32, б) применяют, когда отрицательный полу- период выходного напряжения нежелателен, например если нагрузкой служат цифровые микросхемы ТТЛ или КМОП. Находят применение в импульсной технике также способы включения ОУ и без обратных связей.

В таком режиме вследствие очень большого коэффициента усиления, насыщение усилителя происходит при входном напряжении, равном далям милливольта. Такое построение обычно имеют 34 Рис. 2.34. Схемы включения операционного усилителя в режиме компаратора напряжения Рис. 2.33. Детектор нуля на операционном усилителе: а — прннцнннальнан схема; б — нременнйе Хнаграммы «детекторы нуля» — устройства, выходное напряжение которых меняется скачком от одного предельного значения к другому при прохождении вход. ного сигнала через нуль. На рис. 2.33 изображена такзя схема н соответствующие ей временные диаграммы сигналов на входе и выходе.

Диоды НО1 и 70-2 здесь не обязательны, они лишь предохраняют входы ОУ от перегрузки, если амплитуда входного напряжения превысит 0,7 В. Резистор К! ограничивает ток через защитные диоды. На схеме показано, что входной сигнал поступает на инвертирующий вход, поэтому выходные импульсы инвертированы.

С тем же успехом сигнал можно подавать и на неинвертирующий вход. Ко входам ОУ можно подключать н два источника сигналов. Совместный результат в этом случае находят, рассматривая действие каждого из сигналов в отдельности с последующим их наложением (принцип суперпозиции). При наличии отрицательной и положительной обратной связи в импульсном режиме выходное состояние зависит от преобладания того или иного вида обратной связи. Режим сравнения двух напряжений, или компараторный, режим (от англ. сошраге — сравнивать) часто применяют на практике.

От детектора нуля он отличается тем, что на один нз входов подают некоторое образцовое напряжение О, (рис. 2.34). Это принодит к тому, что переключение прибора происходит, когда переменное напряжение на управляющем входа ()на, увеличиваясь, превосходит значение, равное образцовому Пм Образцовое напряжение может быть положительным или отрицательным отно. сительно общего провода. Образцовое напряжение можно подавать как на ннвертнрующпй, тан и на неинвертирующий входы. В зависимости от этого выходное напряже.

ние будет либо совпадать по фазе с входным, либо окажется инверсным. Схема триггера Шмитта (рис. 2.35) иллюстрирует простейыий случай Работы ОУ вЂ” компаратора напряжения в импульсном режиме с положп- а) Рис. 2.35. Триггер Шмитта на операционном усилителе (компараторе напряжения): а — принципиальная схема; б — передаточная хараитеристина; и — аременнйе диаграммы тельной обратной связью.

Под действием положительной обратной связи, сигнал которой поступает иа ненивертнрующнй вход, выходное напряжение может иметь одно из предельных значений — положительное илн отрицательное. Допустим, положительное, чему соответствует верхняя гори. вонтальная часть передаточной характеристики, показанной на рнс.

2.35, б. Пока внешнее напряжение на инвертирующем входе ниже напряжения на неинвертируюшем (точка б), выходное состояние сохраняется. Если внешнее напряжение иа инвертируюшем входе превысит напряжение обратной связи на неинвертирующем входе, произойдет переключение, в результате которого выходное напряжение станет отрицательным.

Это выходное состояние остается неизменным, пока отрицательное напряжение на иивертнрующем входе не превысят напряжение положительной обратной связи на иеинвертируюшем входе (точка а), после чего произойдет очередное переключение (рис. 2.35,е). Верхнее и нижнее пороговые напряжения 1)а,п,, н 1)„р,, прн которых происходят переключения, легко найти по формулам: И ()иор.а .

1)амхсеь (2.14) й!+22 В! х<-1. (2.15) к1+К2 Как следует из сказанного, форма напряжения на ннвертпрующем входе н его частота не влияют на переключательные характеристини. Близкие к ОУ приборы, специально предназначенные для работы в импульсных устройствах, промышленность выпускает под названием компараторы напряжения. Следует предупредить во избежание возможной путаницы, что в цифровой технике используют компараторы и другого вида— цифровые компараторы — длв сравнения двух цифровых кодов. В этой книге они не рассматриваютси. Компаратор напряжения, по существу, представляет собой ОУ обычно с большим быстродействием, с узкой входной характеристикой и допускаю.

Зб щий непосредственное сопряжение с цифровыми микросхемами ТТЛ н КМОП. Между собой отдельные типы компараторов различаются по напряжению питания, быстродействию, чувствительности (разрешающей способности), интервалу допустимых значений входного напряжения, входному току и т. д. Некоторые типы компараторов допускают стробирование внеш. инм сигналом в нужный момент для выполнения сравнения. Во многих случаях применения в импульсной технике ОУ и компаратор взаимозаменимы, хотя компараторы как приборы, специально спроектированные для работы в импульсных устройствах, удобнее для применения. Схемы, описанные в этой книге для ОУ, можно собирать и с компараторамн напряжения. Как уже отмечалось, отечественная промышленность производит много типов ОУ.

То же можно сказать и о компараторах напряжения. Для устройств, описанных далее, можно рекомендовать универсальные ОУ— К140УД7, К!53УД5, а также совмещенные К140УД20 — два усилителя, аналогичных К140УД7, в одном корпусе. Уже говорилось, что идеальный ОУ обладает бесконечно большими ко. эффициеитом усиления и входным сопротивлением и нулевым выходным сопротивлением. Для сопоставления представим типовые параметры микросхемы К140УД7: коэффициент усиления (без отрицательной обратной связи) Кт 200 000 йьх 2 МОМ, Кьмх 75 Ом. Из маломощных ОУ часто применяют К!40УД!2 с потребляемым током менее 1 мА. Следует иметь в виду, что этому ОУ для нормальной работы требуется внешний резистор, задающий токовый режим. Прочесть об этом можно в книгах по ОУ.