Аналоговые и импульсные электронные устройства

Министерство образования и науки Российской ФедерацииФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждениевысшего профессионального образования«Московский государственный технический университет радиотехники,электроники и автоматики»Факультет электроникиКафедра технической электродинамики и электроникиКонтрольная работапо курсу «Микросхемотехника»Аналоговые и импульсные электронные устройстваВыполнил: _______________________Проверил: _______________________Москва2013ОглавлениеКомпенсационный стабилизатор напряжения.................................................................................3Активный фильтр 2-го порядка.........................................................................................................5Простейшая RC-цепь.........................................................................................................................7Список использованной литературы................................................................................................92Компенсационный стабилизатор напряженияДля получения стабилизации напряжения с коэффициентом до 1000 иболее применяют компенсационные стабилизаторы.Компенсационныйстабилизаторявляетсязамкнутойсистемойавтоматического регулирования, в которой коэффициент передачи звена,включенного в цепь передачи электрической величины, зависит от разностивходного и некоторого эталонного сигнала.

Это типичный пример устройства,содержащего цепь ООС.Принципработыкомпенсационногостабилизатораоснованнаиспользовании цепи ООС. Для реализации указанного принципа устройствокроме регулирующего (исполнительного) элемента (РЭ) должно содержатьизмерительный элемент (ИЭ), элемент сравнения и источник эталонногонапряжения U эт (рис. 1).

Выходное напряжение измерительного элемента,пропорциональное стабилизируемому параметру, сравнивается в элементесравнения с эталонным напряжением, и полученный сигнал ошибкиu ош =U эт −u изуправляет коэффициентом передачи РЭ. Увеличениеu ош ,вызванное уменьшением выходного параметра, увеличивает коэффициентпередачи РЭ, что ведет к восстановлению исходного значения выходногонапряжения. И наоборот, увеличение выходного напряжения, уменьшая сигналошибки, уменьшает коэффициент передачи РЭ.РЭUошUвхEэтUэтИЭUвыхUизРис. 1. К пояснению принципа работы компенсационных стабилизаторовВ зависимости от вида выполнения РЭ различают непрерывные иключевые компенсационные стабилизаторы напряжения. В непрерывных3компенсационных стабилизаторах в качестве РЭ используют биполярный илиполевой транзистор, работающий в активном режиме работы (режим генераторатока).

В ключевых компенсационных стабилизаторах роль РЭ выполняютимпульсные усилители мощности.ЕсливыходноенапряжениеИЭпропорциональновыходномунапряжению устройства, в схеме рис. 1 реализуется режим стабилизациинапряжения (соответственно при изменении тока или выходной мощностиможно получить стабилизаторы тока и мощности).IЭVTIRIБRсмR1DAIDAвыхUвхR3UвыхUDAвыхR2VD1UЭТUR2Рис.

2. Схема непрерывного компенсационного стабилизатора постоянного напряженияТиповаясхеманепрерывногокомпенсационногостабилизаторанапряжения приведена на рис. 2. Рассмотрим ее работу. Выходное напряжениестабилизатора равно разности его входного напряжения и падения напряжениямежду выводами эмиттера и коллектора регулирующего транзистора VT:U вых =U вх−U КЭ .дляU КЭсправедливоU КЭ=U КБ +U БЭ≈U КБ +const .НапряжениеU КБопределяетсянапряжениясмещениянаОперационныйВсвоюочередь,резистореусилительдифференциальнымвходом,DAпоэтомупадением( U КБ = I R R см =U вх −U DAвых ).R смвключенвыражениепоегосхемевыходноеусилителяснапряжениеU DAвых =K U (U эт−U R2 ) . Так как цепь ООС в усилителе отсутствует, то из-за0большого K U можно считать, что во всех режимах работы U эт −U R2=0 , и,0следовательно, выходное напряжение стабилизатора U вых =U эт ( R1+ R 2)/ R 2 .4Возникновение любых отклонений выходного напряжения от указанногоуровня приводит к нарушению условия U эт −U R2=0 .

Это изменяет выходноенапряжение операционного усилителя, а следовательно и напряжение U КБтранзистора VT, компенсируя возникшие отклонения.Допустим, выходное напряжение стабилизатора увеличилось. ТогдаU R2>U ош ,чтоприводиткуменьшениюнапряженияU DAвыхисоответствующему увеличению U R и U КЭ транзистора VT, что компенсируетсмвозникшие отклонения. При уменьшенииU выхувеличиваетсяU DAвых ,уменьшается U R и U КЭ и выходное напряжение восстанавливается.смАктивный фильтр 2-го порядкаАктивными называются фильтры, использующие для формированиячастотной характеристики заданного вида как пассивные (в основномрезисторы и конденсаторы), так и активные (усилительные) элементы.

Прииспользовании в качестве элемента схемы фильтра ОУ можно синтезироватьхарактеристику любого RLC-фильтра без применения катушек индуктивности.Активные фильтры можно использовать для реализации фильтровнижних и верхних частот, полосовых и полосноподавляющих фильтров,выбираятипфильтравзависимостиотнаиболееважныхсвойствхарактеристики, таких, как максимальная равномерность усиления в полосепропускания, крутизна переходной области или независимость временизапаздывания от частоты. Кроме того, можно построить как «всепропускающиефильтры» с плоской амплитудно-частотной характеристикой, но нестандартнойфазочастотнойхарактеристикой(онитакжеизвестныкак«фазовыекорректоры»), так и наоборот — фильтр с постоянным фазовым сдвигом, но спроизвольной амплитудно-частотной характеристикой.Цепь низкочастотного проходного фильтра 2-го порядка , называемаяиногда структурой Саллена и Кея, изображена на рис.

3. Из этого рисункавидно, что5I = I 1+ I 2 ;U̇ 'вх'U̇ вх −U̇ 'вх'''=+( U̇ вых −U̇ вх ) j ω C .R+(1/ j ω C )RCI2RUвхI1(1)RUвх'+Uвх''I–CUвыхR2R1Рис. 3. НЧ-структура проходного фильтра 2-го порядка (структура Саллена и Кея)Выразим U̇ 'вх' через U̇ вых . Из(U̇ 'вх' = İ R+)1;jω Cİ =U̇ 'вх' j ω C ;U̇ 'вх' =U̇ выхK0получимU̇ 'вх' =U̇ вых(1+ j ω R C) .K0(2)Подставив (2) в (1), заменив j ω RC =P и вычислив нормированноезначениеK (1)( P )=K U ( P) (U вых (P ) / U вх )=,K0K0получимK (' P )=1.P +(3−K 0) P+1(3)26Как мы знаем, коэффициентd =3− K 0при первой степениPмногочлена знаменателя K (( 1)P ) называется затуханием, или коэффициентомдемпфирования.

Как видно из (3), затухание может регулироваться выборомK 0=1+( R2 /R 1) .Этавозможностьпозволяетсделатьструктурумногоцелевой(прототипной) и применять ее при различных требованиях к колебательнымсвойствам фильтров, изменяя номиналы R 1 , R 2 .Простейшая RC-цепьCU(t)Uвх(t)RРис. 4. Схема дифференцирующей цепиРассмотрим схему, изображенную на рис. 4.

Напряжение на конденсатореС равноU вх — U , поэтомуI =Cd (U вх−U )/ dt=U / R . Если резистор иконденсатор выбрать так, чтобы сопротивление R и емкость С были достаточномалыми и выполнялось условие dU / dt ≪dU вх /dt , то C (dU вх / dt)=U / R илиU (t)= RC [ dU вх (t )/dt ] .Такимобразом,мыполучили,чтовыходноенапряжение пропорционально скорости изменения входного сигнала.UUвхРис. 5. Выходной сигнал (верхний), снимаемый с дифференциатора, на вход которогоподается прямоугольный сигналДля того чтобы выполнялось условие dU / dt ≪dU вх /dt , произведение RC7должно быть небольшим, но при этом сопротивление R не должно бытьслишком малым, чтобы не «нагружать» вход (при скачке напряжения на входеизменение напряжения на конденсаторе равно нулю и R представляет собойнагрузку со стороны входа схемы). Если на вход схемы подать прямоугольныйсигнал, то сигнал на выходе будет иметь вид, представленный на рис.

5.Дифференцирующие цепи удобно использовать для выделения переднегои заднего фронтов импульсных сигналов, и в цифровых схемах можно иногдавстретить цепи, подобные той, которая показана на рис. 6. ДифференцирующаяRC-цепь генерирует импульсы в виде коротких пиков в моменты переключениявходного сигнала, а выходной буферный усилитель преобразует эти импульсы вкороткие прямоугольные импульсы. В реальных схемах отрицательный пикбывает небольшим благодаря встроенному в буфер диоду.100 пФABC10 кОмA - входB - RCПостояннаявремени — 1 мксC - выходРис. 6. Выделение переднего фронта импульса8Список использованной литературы1. Опадчий Ю.

Ф. Аналоговая и цифровая электроника (Полный курс):Учебник для вузов / Ю. Ф. Опадчий, О. П. Глудкин, А. И. Гуров; Под ред.О. П. Глудкина. — М.: Горячая Линия — Телеком, 2000. — 768 с., ил.2. Алексенко А. Г., Шагурин И. И. Микросхемотехника: Учеб. пособие длявузов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Радио и связь, 1990. — 496 с., ил.3. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: В 3-х томах: Т. 1.

Пер. сангл. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Мир, 1993. — 413 с., ил.9.