Жаркова Н.А. Анализ импульсных схем (2013), страница 3

Анализ импульсных схем18Utt 0UtUttêt 0Производные можно заменить небольшими приростами напряженийU t 0  U têU t 0.Если при расчете  использовать интервал времени t=0,1tк , то полученное значениебудет отличаться от точного, вычисленного по первой формуле во втором знаке.Замечание: t>tи. При подаче отрицательного скачка напряжения в простейшей схемеидеального интегратора спадает медленно. Поэтому в таких схемах, если необходиморазрядит емкость быстро, до прихода следующего импульса, вводят разрядные цепи.3.2.

Идеальный дифференциаторЗадача 5.Схема идеального дифференциатора рисунок 35R2R1СДано: дифференциатор R1, R2, C, K, tи, EГ, Eпит= EНайти:--формунапряжениянавыходедифференциатора.Ег+Uвых(t)РешениеРисунок 351)При 0<t<tи. При подаче положительного скачка все напряжение приложено ко входуОУ, на выходе должен наблюдаться отрицательный, усиленный в К сигнал.

Начальнаяамплитуда сигнала соответствует Еэкв. Схема, по которой ведется расчет на рисунке 36.Rэкв=R2+R1 – сопротивление для заряда емкости:R1=СRэквR2экв=/К=Еэкв=R2Егэкв/(R2+R1),ЕгэквС/КUвых(С/K)Rэкв=СэквRэкв,Егэкв=К*Ег,Uвых(t)=Eэквеxp(-t/экв)Характерные точки: t= 0, tи/2, tи.Выходное напряжение ограничено напряжениемРисунок 36питания Еп.Реакцияотрицательная, т.к. подается на «-« вход ОУ.ОГЛАВЛЕНИЕЖаркова Н.А. Анализ импульсных схемнаположительныйвходнойскачек–19При t>tи. В момент включения на входе отрицательного перепада на выходе1)происходит бросок противоположной полярности (+), усиленный в К раз.

Постояннаявремени экв такая же, как при включении импулься.Время+Еэквотсечкиt1 ,дляположительного и t2, для отрицательногоимпульса определяются при Uвых(t)=Eпитеxp(-t1/экв),|Eпит|=|Eэкв|+Епит|Eпит|/|Eэкв|=1/еxp(t1/экв),t1tиt2ln(Eэкв/Eпит)=t1/эквtt1=экв ln (Eэкв/Епит), t2= tи+t1-ЕпитВыходноенапряжениеврезультатепринимает вид рисунок 37.-ЕэквРисунок 373.3 Простой компаратор или детектор уровняСхема простого компаратора рисунок 38 на ОУ имеет один порог.Uвых+ЕпUвх+Еп_R1Uпор+UопUвыхUвх-Еп-ЕпR2Рисунок 38Uпор=Uоп R2/(R2+R1).Если напряжение Uвх < Uпор, то выходное напряжение Uвых≈+Епит операционногоусилителя. При достижении Uвх порогового значение происходит Uпор «опрокидывание»компаратора и становиться Uвых ≈-Епит. Порог срабатывания равен порогу отпускания.3.4.Регенеративный компаратор,Компаратор с положительной обратной связью (ПОС) или триггер ШмитаПорог срабатывания не равен порогу отпускания рисунок 39.ОГЛАВЛЕНИЕЖаркова Н.А.

Анализ импульсных схем20_Uвых+Еп+ЕпUвх+-ЕпUсрUотпUвыхUвхR2R1-ЕпЕсмРисунок 39Часть напряжения с выхода ОУ подается на его прямой (положительный) вход, черезделитель с коэффициентом деления  R1. При напряжение Uвх <Uср =  (+Еп)R1  R 2выходное напряжение Uвых≈+Епит операционного усилителя. При увеличении входногонапряжения срабатывание, опрокидывание компаратора произойдет при Uвх = Uср инапряжение на выходе Uвых ≈-Епит. На прямом входе при этом установить отрицательныйпорог, порог отпускания Uотп=(-Еп). При дальнейшем увеличении входного напряжениякомпаратор будет удерживать на выходе это напряжение (-Еп).

При уменьшении Uвхотпускание компаратора произойдет при Uвх = (-Еп). Характерной особенностьюрегенеративных компараторов является петля гистерезиса, которая позволяет получать навыходе прямоугольные импульсы при наличии на входе изменяющегося напряжения сшумами.Примеры.При Епит=10 В1) если R1=R2=100 кОм, то =0,5; Uср= |-Uотп| =5 В.2) если R1=30 кОм, R2=100 кОм, то =0,23; Uср=|-Uотп|= 2,3 В.При напряжении питания |+Еп| = |-Еп|, пороги по абсолютной величине равны.

Дляполучения разных порогов вводят в цепь делителя напряжение смещения Есм..3.5 Мультивибратор автоколебательный на ОУАвтоколебательный симметричный мультивибратор.При введении в схему компаратора ООС и емкости при определенных условияхможет привести к возбуждению и генерации прямоугольных импульсов. Такое устройстворисунок 40 называют мультивибратором.ОГЛАВЛЕНИЕЖаркова Н.А. Анализ импульсных схем21UаR3+ЕпUа_+Еп2U+Uвых+С-Еп-ЕпR2R1t1UUвых+Епt-ЕпРисунок 40Генераторомпилы(интегрирующимэлементомслинейноизменяющимсянапряжением) является конденсатор. Резисторы R1 и R2 образуют делить напряжения.

Приположительном уровне на выходе, на входе устанавливается верхний порог, приотрицательном уровне – нижний.U п R2( Eп ),R2  R1U п R2( Eп ).R2  R1Резистор R3, присоединенный к «-» входу ОУ, образует цепь ООС. Когда на выходенапряжение положительное, то ток I+, протекающий через R3 заряжает С до U+п. Кактолько значение станет больше порога, компаратор переброситься (усилитель с большимКусл почти мгновенно отработает относительный «+»), на выходе установитьсяотрицательное напряжение -Еп далее будет происходить разряд С.

Постоянная временицепи заряда и разряда  = СR3. При равенстве |+Еп|=|-Еп| полупериоды равны и скважностьгенерируемых импульсов Q =2.Для определения длительности положительного полупериода перенесем началокоординат в точку 1. Тогда напряжение на входе компаратора можно представить:U(t)= (Eп+Uп)[1-exp(-t/)], где  =СR3U(t)= Еп+Uп-(Еп+Uп)exp(-t/).ПриU(t)=2Uпопрокидывание(точкаОУ,2)положительныйконденсаторотрицательного полупериода.ОГЛАВЛЕНИЕЖаркова Н.А. Анализ импульсных схемполупериодперезаряжатьсяизаканчивается,начинаетсяпроисходитформирование222Uп= Еп +Uп -( Еп +Uп)exp(-t2 /), и окончательное выражение для положительного иtи+= tи- = CR3 lnотрицательного полупериодов:1 =1 Задача 1Для схемы рисунок 40 заданы : С=0,01мкф, R3=43 кОм, R2=82кОм, R1=51 кОм,+Eпит=|-Епит|.Определить: Т период колебаний, tи длительность импульсов.Решение: Так как +Eп=|-Еп|, то период и длительность не зависят напряжения питания.Длительности положительного и отрицательного полупериода одинаковы:tи+= tи-= CR3 ln1 .1 =0,38;tи+= tи-= CR3 ln1 =3,475 10-41 Т= 2tи=69,5 мс.Автоколебательный несимметричный мультивибратор.Для генерирования импульсов имеющих различную длительность положительного иотрицательного полупериодов в ООС вводят дополнительные элементы диоды, кторыепозволяют разделить цепи заряда и разряда конденсатора рисунок 41.R3R4Uа_СUаД1Д2+Еп+ЕпU+Uвых+t-ЕпR1R2U--Еп+ЕпUвыхtРисунок 41-ЕпПоложительный полупериод определяется постоянной времени цепи τ=СR4, аотрицательный τ=СR3.ОГЛАВЛЕНИЕЖаркова Н.А.

Анализ импульсных схем23Задача 2.Для схемы рисунок 41 дано: С=0,01мкф; R3=30кОм; R4=62кОм; R2=68кОм; R1=33 кОм;+Eп=|-Еп|.Определить Т, tи+ и tи-.Решение: Длительности положительного и отрицательного полупериода за счет включениядиодов различны.=0,326, tи+= CR 4  ln1 1 =42 мкс, tи- = CR3 ln=20 мкс1 1 Т= tи++ tи--=62 мкс.Схема та же, Д1 закорочен.tи- = CR3  ln1 ( R3R 4) 1  =20 мкс, tи+ = C=14 мксln1 R3  R 4 1  Т= tи++ tи- = 34 мкс.

В результате период стал меньше.Схема та же, Д2 закорочен.tи- = C( R3R 4)1 1 =14 мкс, tи+= CR 4 ln=42 мкс ln1 R3  R 41 Т= tи++ tи- =56 мкс.3.6 Мультивибратор ждущий на ОУR3UаUbСД_R1Импульсы запускаUb+ЕпtUа+-ЕпДзUзUвыхЕпR2ЕпγСзUдпрtUвхtвRзРисунок 42ОГЛАВЛЕНИЕЖаркова Н.А. Анализ импульсных схемtиUвых24Для получения схемы ждущего мультивибратора рисунок 42 параллельно рабочей емкостиустанавливается диод Д, который при разряде конденсатора удерживает мультивибраторвременно-устойчивом состоянии.Задача 3Получите выражения для длительности сформированного импульса и времявосстановления ЖМ.При подаче на вход, через запускающую цепь Rз, Дз, Сз импульса на входе ОУформируетсяположительныйимпульс.Запускающаяцепь(дифференцирующая)укорачивает длительность подаваемого импульса.Выражение для длительности сформированного импульса получено из диаграммыработы мультивибратора без учета прямого падения напряжения на диоде Uдпр.tи+= CR3 lnR11, где  .R1  R 21 Время восстановления схемы в исходное состояние: tв= CR3 ln(1   ) .Максимальная частота следования запускающих импульсов:fмак=1/Тмин Тмин= tи+ + tв.Для получения отрицательного импульса нужно подать отрицательный запускающийимпульс, при этом необходимо изменить и полярность включения диодов Д и Дз.ОГЛАВЛЕНИЕЖаркова Н.А.

Анализ импульсных схем.