М.Х. Джонс - Электроника практический курс (1055364), страница 49
Текст из файла (страница 49)
Измеритель частоты с накачкой заряда часто используется как тахометр, особенно в автомобилях, где источником импульсов, связанных с частотой врашення двигателя, служит система зажигания. Если на вход описанного измерителя подавать импульсы, имеюшие постоянную амплитуду и частоту, а емкость конденсаторов С, и С, изменять, то выходное напряжение будет прямо пропорционально емкости С, и обратно пропорционально емкости Сг Таким образом, эта схема может выполнять функцию измерителя емкости с непосредственным отсчетом. 10.13 Ограиичеиие импульсов Чтобы получить положительные импульсы одинаковой амплитуды для использования в накопителе заряда, можно воспользоваться схемой транзисторного формирователя прямоугольных сигналов, приведенной на рис.
10.2, со стабильным источником питания или, чтобы обойтись без источника питания, можно применить ограничитель на стабилитроне, показанный на рис. 10.23(а). Диод начинает проводить, когда превышено напряжение зенеровского пробоя У,; таким образом, импульсы ограничиваются на одинаковой высоте, равной У Положительные и отрицательные импульсы можно ограничить включенными навстречу стабилитронами, как показано на рис. 10.23(6). При положительных импульсах диод О, смешен в прямом направлении, и ограничение наступает, когда напряжение на диоде Х~, достигает величины Уг; при отрицательных входных импульсах диоды меняются ролями. Таким образом, ограниченный выходной сигнал принимает значения~(Уг + О,б) В, где учтены 0,6 В, падаюшие на диоде при смешении в прямом направлении.
Если требуется ограничивать положительные и отрицательные сигналы и достаточны напряжения +0,6 В на выходе ограничителя, то эта задача решается путем применения обычных диодов в схеме, представленной на рис. !0.23(с).В этом случае используется быстро растушая экспоненциальная зависимость тока кремниевого р-и перехода от напряжения прямого смеше- 270 Импульсные сигналы и посгпоянные времени ья ов гм + ов-'— - — — +)гс + о.ы — ов --<го+вы гн +оь в — -н в + ов— -оь в т ° гн4!48 Рис. 10.23.Диоаиые схемы ограничения сигнала: (а) ограничитель положи- тельного импульса иа стабилитроие, (Ц ограничитель авупсляриых сигналов иа стябилитроиях, (с) ограничитель ио лвух аиоаях, смсигеииых в прямом направлении, с полным размахом выхоаиого сигнала 1,2 В.
ния порядка 0,6 В, диод действует как короткое замыкание при любом более высоком напряжении; диод Р, проводит во время положительных импульсов, а диод Р, — во время отрицательных. Схемы, приведенные на рис. !0.23(Ь) и )0.23(с) иногда используют, наряду с обычным линейным усилением, для ограничения аналоговых сигналов. При этом их часто тоже называют ограничигнелями н они выполняют зашитную функцию, предохраняя схемы от повреждения при перегрузках, таких как разряд статического электричества и токи в телекоммуникационных линиях. «Строительные блоки» аналоговой электроники на интегральньх микросхемах 11.1 Введение Очевидно, что «строительным материалом» в современной электронике являются интегральные схемы (ИС).
У нас уже была возможность коснуться применения ИС, когда обсуждался вопрос о стабилизаторах в источниках питания. Теперь мы обратимся к ИС, чтобы рассмотреть их возможности в полном объеме. При беглом просмотре каталога у поставщика электронных компонентов обнаруживается неограниченное, судя по всему, разнообразие ИС, выполняющих, по существу, все мыслимые функции. В одной ИС может быть от дюжины до миллиона транзисторов, в зависимости от назначения, со всеми необходимыми резисторами, диодами и т.д.
Следствием тесного теплового контакта между всеми компонентами, который достигается в результате изготовления их на одном кристалле кремния, являются превосходная стабильность микросхем и предсказуемость их поведения. Окажется, что понимание схем на дискретных компонентах, приобретенное при изучении предыдущих глав, существенно для надлежащего сопряжения ИС между собой: в самом деле, даже сегодня лишь очень немногие аналоговые устройства полностью обходятся без дискретных полупроводниковых приборов. Однако применение ИС освобождает сегодня разработчика электронных конструкций от значительной части трудоемкой и неблагодарной работы (в оригинале: от «работы для ишак໠— Прим. варев.).
Кроме того, благодаря малым размерам ИС и низкому уровню потребляемой ими мощности, стало возможным создание таких изделий, как камкордер (портативная видеокамера — Прим. перев.) нли умещающийся на ладони приемник спутниковой навигационной системы ОРБ. В этой главе мы будем иметь дело с применением ИС. Они предназначены для преобразования аналоговых сигналов, являющихся носителями информации, которая выражена их величиной и формой.
Большая часть сигналов звукового диапазона и радиосигналов попадает в эту категорию; стандартные двоичные импульсы в цифровых схемах, о которых будет идти речь 272 «Строшпельные блоки» аналоговой злектроншси на интегра«ьных микросхемах в главе 13, образуют совсем другой класс сигналов. Чтобы дать представление о содержании данной главы, на рис. 11.1 показано множество схем, являюшихся «строительными элементами», из которых собираются более сложные конструкции; эти схемы и будут рассмотрены ниже, а к рис. 11.1 можно обрашаться как к справочнику, где они перечислены и описаны в обших чертах. 11.2 Операционный усилитель 1 1.2.
1 Упрощающие предположения Во всех схемах на рис. ! 1.1 используются операционные усилители (ОУ). Термин «операционный» применяется в настояшее время в широком смысле для обозначения усилителя напряжения с большим коэффициентом усиления, и особенно в том случае, когда усилитель имеет вид ИС; это название происходит от первоначального применения таких усилителей для выполнения аналоговых математических операций . Характеристики ОУ таковы, что в большинстве практических схем можно придерживаться следуюших предположений: коэффициент усиления напряжения без обратной связи А„ бесконечно велик (типичное значение 2 х 10'); входное сопротивление равно бесконечности (типичное значение 2 МОм); выходное сопротивление равно нулю (типичное значение 75 Ом).
Указанные значения параметров относятся к популярному интегральному усилителю типа 741 (наиболее близкий аналог 14ОУД7 — Прим. перев.), который фигурирует во многих практических схемах в этой книге. 1!й22 Начальный входной ток и напряжение смещения Ко входным выводам ОУ подключены базы нли затворы внутренних транзисторов, на которые необходимо подать некоторое постоянное опорное напряжение; кроме того, должна быть предоставлена возможность течь небольшому току, если нужно, чтобы усилитель функционировал (на кристалле нет разделительных конденсаторов). У ИС 741 входной ток составляет около 1ОО нА.
Поэтому первое правило для конструктора состоит в том, что у всякого ОУ от каждого из входов должен быть тот или иной путь на землю по постоянному току, хотя бы через высокоомный резистор. В илеальном случае желательно, чтобы сопротивления между инвертируюшим вхолом и землей н между неинвертируюшим входом и землей были 274 «Строительные барки аналоговой электроники на интегральньст микроахенал а Рис 11,!, (е) Дифференпиальный усилитель (вычитатель).
(Н) Препизионный вьтрямитель. (~) Преобразователь тока в напряжение. (Л Умножитель. (к) Делитель. (() Логарифмический усилитель. Операционный усилитель 275 одинаковы; иначе возникнет напряжение смешения на входе, как это показано на рис.
11.2. Можно предположить, что начальные входные токи одинаковы, то есть ~1 ~2 Тогда при й, = Я, напряжения !л и г', будут равны, и действующее между входами усилителя разностное напряжение смещения Р; — Рг будет иметь нулевое значение. В большинстве случаев инвертируюший вход будет соединен с выходом резистором обратной связи Я„как это сделано в схеме на рис. 11.3; поэтому частью начального тока будет ток, текущий по резистору Я, со стороны выхода. Если наша схема рассчитана правильно, так что напряжение смешения равно нулю, то выходное напряжение также равно нулю в режиме покоя. Цепь, по которой течет начальный входной ток У„образована фактически параллельным соединением резисторов Я, и й Поэтому для минимизации смешения в схеме на рис. 11,3 нам следует выбрать Я, по правилу: 1 1 1 йг 41 то есть Я1Яг ~2 Я! +йг Рис, ! !.2.
Возникновение рвзностного входного напряжения смспиния и — и в результате протекания начаяьных входных токов Ц и 70 по резисторам Я, и Яп включенным между вхолами и землей. Может показаться, что можно вовсе избежать появления напряжения смешения, выбрав резисторы так, чтобы сопротивления между каждым из входов и землей были равны. К сожалению, на практике дело обстоит не так просто; может существовать небольшой разбаланс между частями схемы внутри ОУ, и поэтому начальные токи не равны.
Разность двух начальных входных токов называют ктодиылг токолг сиеьтения; его величина у ИС 741 достигает 20 нА. Поэтому не стоит беспокоится о согласовании сопротивлений на входах с большей точностью, чем 20%. Однако необходимо принять во внимание еше один фактор, состоящий 276 «Строительные блоки» аналоговой электроники на интегральных микрасхеьххх Рнс. ! !.3 Возникновение напряжения смешения в часто встречаюшейся схеме с обратной связью. в том, что — безотносительно к напряжениям, поступаюшим на входы извне, — у самой ИС имеется собственное небольшое напряжение смешения на входе; у ИС 741, например, оно — порядка 1 мВ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
