М.Х. Джонс - Электроника практический курс (1055364), страница 52
Текст из файла (страница 52)
Так как по резистору д, уже не будет течь постоянный ток от инвертируюшего входа, следует увеличить значение Л„, слелав его равным Л чтобы минимизировать напряжение смешения на выходе. 11.6 Дифференциальный усилитель с обратной СВЯЗЬЮ В схеме на рис. 11.10 входная цепь устроена так, что подача сигнала обратной связи совмещается с наличием дифференциального вхола; фактически эта схема представляет собой комбинацию схем инвертируюшего и неинвертируюшего усилителей.
Вход (1) является инвертируюшим входом, а вход (2) — неинвертируюшим. Если вход (2) заземлить, а на вход (1) подать сигнал, то получившаяся схема как теоретически, так и практически будет эквивалентна инвертируюшему усилителю, представленному на рис. 11.9, с коэффициентом усиления напряжения — М / Яс Если входы поменять местами, то получится такой же, как на рис. 11.6, неинвертируюший усилитель с коэффициентом усиления Я,/ Яс Относительное ослабление сннфазного сигнала, в принципе, может быть таким же большим, каким оно является у самого ОУ, но на практике оно ограничено допусками на сопротивления резисторов.
Указанные на рис. 1!.10 величины сопротивлений обеспечивают минимум смешения по постоянному току, но имеет место значительная несоразмерность входных сопротивлений, каждое из которых определяется как сопротивление между соответствующим входом и землей. Гляля со стороны входа (1), мы видим резистор Яо за которым следует мнимая земля на инвертируюшем входе; таким образом, входное сопротивление со стороны входа (1) равно Лс Глядя со стороны входа (2), мы видим резистор Лн включенный последовательно с резистором л,; вхолное сопротивление самого ОУ со стороны его неинвертируюшего входа очень велико.
Таким образом, в случае, когда схема в целом должна усиливать в 100 раз и взяты предлагаемые в таблице значения сопротивлений, входное сопротивление л,„со стороны входа (1) равно 10 кОм, а со стороны входа (2) — 1,01 МОм. Но ведь одним из важных применений дифференциального усилителя является подавление с его помощью фона и помех, которые наводятся на подводящих проводах (см. параграф 8.7). Если сопротивление источника сигнала не мало, то значительное различие входных сопротивлений становится существенным недостатком, поскольку на входе с ббльшим входным сопротивлением будут наводится много ббльшие фон и помехи, чем на другом. Обычно бывает можно пожертвовать оптимальными условиями Сумматор на основе ОУ 287 0»х я Г»»»Р| ям« я, Рнс.
! !. !О. (а ) Усилитель с обратной связью н дифференциальным входом. (Ь) Таблнпа с типичными значениями компонентов согласования по постоянному току, беря сопротивления такими, чтобы выполнялись равенства; )г, + Р, = Р, и 7!з/ Я, = Я,/ Рг; при этом входные сопротивления выравниваются, а ООСС все же остается большим. На нескольких ОУ можно строить «измерительные» усилители с очень большими значениями ООСС, которые совершенно не зависят от сопротивления источника, тогда как условия оптимума по постоянному току оказываются выполненными.
Чаше всего на кажлом из входов в качестве буфера помешают повторитель напряжения. 11.7 Сумматор на основе ОУ Представление о мнимой земле позволяет построить целый ряд схем, выполняющих математические операции с высокой точностью. Сумматор на основе ОУ вЂ” это, по существу, инвертируюший усилитель с дополнительными входами. На рис. 11.11 показан сумматор с двумя вхолами. Точка Е является мнимой землей; иногда ее называют точкой сумннрования .
288 «Строительные баокил аналоговой электроники но интегральных микросхемах Яг Ист чннкн пит нил полключснн, к к но ргк. 11.5 !ар Яг ---!' —" — "1 ! Я, Я, лчч нннннольн го слкиго — = + — +— 1 г 1 1 Я„Я, Я Яг Рис 11.1!. Схема сумматора. Составляя уравнение баланса токов и полагая, что по входу ОУ ток не течет, имеем: 12' 11 !2 ° Поскольку точка Е является мнимой землей, токи можно выразить через напряжения сигналов и сопротивления резисторов следуюшим образом: гн "! "2 )тг Р! )Г2 то есть (л я Р!+ !2 ! й я 2 (11.2) Сопротивления резисторов обычно лежат в пределах от 10 кОм до 200 кОм, и удобно выбрать их так, чтобы выполнялись равенства Р, = Й, = А„' в этом случае Ром (Р1 + Р2) . Заметьте, что хотя выходной сигнал и равен по величине сумме входных сигналов, все же знак его — обратный; это свойство всех схем с мнимой землей.
Характерным применением сумматора является его использование в микшере звукового диапазона, где объединяются выходные сигналы от микрофонов и сигналы от устройств, создаюших спепиальные эффекты, ревербе- Сумматор на основе ОУ 289 рацию и т.д.; в студии звукозаписи могут смешиваться до пятидесяти входных сигналов при формировании двухканального стереосигнала на выходе.
В домашних условиях, при создании «домашнего видео», для записи на звуковую дорожку обычно требуется смешать комментарий, звуковые эффекты и музыку. Сушественная особенность микшера состоит в том, что замирание одного входного сигнала не должно влиять на коэффициент передачи других. Мнимая земля служит изолируюшим барьером между входами сумматора на основе ОУ и обеспечивает, таким образом, независимое прохождение сигналов на выход. Простой микшер звукового диапазона, в котором применен сумматор, показан на рис. 11.12. Резистор обратной связи выбран так, чтобы коэффициент усиления был равен единице, но можно усиление сделать и большим, если требуется.
Обычно сигналы от микрофонов поступают на входы микшера после того, как они прошли через малошумяшие микрофонные предусилители. К мнимой земле можно подключить любое число входов, причем так, что у каждого входа будет свой регулятор усиления и свой входной резистор. Лучшие характеристики выходного сигнала и меньший шум получаются в том случае, если заменить ИС 741 на ИС ТЕ071. вх Вы в.
Рис. 11.! 2. Схема микшера звукового диапазона иа основе сумматора с мнимой землей 1с единичным коэффициентом передачи) 19 заи. 4тзв. 290 «Строигнельные блокиь аналоговой злекгщюники на интегральных микросхемах 11.8 Интегратор на основе ОУ 11.о.1 Основная схема Если обратная связь, которой охвачен ОУ, образуется конденсатором, то схема выполняет математическую операпию интегрирования по времени. Другими словами, она действует как накопитель, в котором входной сигнал суммируется на заданном отрезке времени, точно так же, как счетчик бензоколонки на заправочной станпии подсчитывает суммарное число галлонов, перекачанных в автомобиль, интегрируя скорость потока за время работы. На рис.
11.13 приведена схема интегратора на основе ОУ, называемая иногда интегратором Миллера или интегратором Блюмлейна. Предполагая, как и ранее, что по входу ОУ ток не течет, имеем: 11 =гг Им еники пвонвв Рис. 1! .13. Интегратор на основе ОУ Поскольку коэффипиент усиления ОУ почти бесконечен, точка Е снова является мнимой землей; поэтому ~ы 1г = Яг ' Если ьд — заряд на конденсаторе С в некоторый момент времени, то ток — это скорость изменения заряда, то есть -А~ г1 Й Интегратор на основе ОУ 291 поэтому при 1 -г(9 Чн бг 1(~ Но д = С» поэтому г(9 С ~~~'оы и, следовательно, С ~~~ ов! ~~я г(г я, Интегрируя по времени, получаем -1 1 (11.3) Мы видим, таким образом, что схема на рис. 11.13 осушествляет интегрирование и «усиливает» результат интегрирования в 1/ Р, С раз, где Р, выражено в омах, а С вЂ” в фарадах; впрочем, удобнее Я, выражать в мегаомах, а С вЂ” в микрофарадах.
Выходной сигнал непосредственно равен интегралу от входного сигнала при единичном коэффициенте усиления; для этого произведение Я,С нужно приравнять единице. Для этого могут потребоваться слишком большие значения Я, и С и, в частности, возможно, понадобятся электролитические конденсаторы, которые в обшем случае не подходят для этих целей, так как у них велик ток утечки и они нуждаются в поляризуюшем напряжении. Обычным для практики является такое значение: Я,С = 0,01 (например, С = 1 мкФ, Я,= 10 кОм); в этом случае фактический коэффициент усиления равен 100.
11.8.2 Смещение в интеграторе Если собрать схему, приведенную на рис. 11.13, и начать ее испытывать, то в первый момент может возникнуть подозрение, что допушена какая-то ошибка, потому что выходное напряжение почти наверняка окажется близким к )гсс, или )г . Но это только означает, что схемой как раз и было осушествлено интегрирование, продолжавшееся до тех пор, пока оно могло происходить в одном направлении. Интегратору необходима очень тшательная регулировка смешения; в противном случае он будет интегрировать свое собственное входное напряжение смешения, и выходное напряжение будет постепенно расти до тех пор, пока оно не достигнет своего предела, примерно на вольт отличаюшегося от напряжений питания. Потенциометр балансировки (как на рис. 11.4) следует установить так, чтобы не наблюдалось непосредственного уползания выходного напряжения вверх или вниз.
292 Строительные блоки» аналоговой электроники на интегральных лил9»ххелюх На практике невозможно избежать хотя бы маленького смешения, поэтому в любой реальной схеме за время, измеряемое минутами, неизбежно будет происходить некоторый лрейф выходного напряжения. Часто с этим дрейфом борются, удерживая конденсатор в цепи обратной связи замкнутым накоротко (с помощью реле или полевого транзистора) до момента, когда должно начаться интегрирование. Тогда ключ размыкается, и при этом на входе действует сигнал, который нужно проинтегрировать; по окончании необходимого времени интегрирования можно измерить выходное напряжение и снова замкнуть ключ, чтобы разрядить конденсатор. Иногда требуется, чтобы интеграторы работали непрерывно; один из примеров — соединение интеграторов друг за другом для решения уравнений.
На первый взгляд может показаться, что такие конструкции будут неработоспособными из-за напряжения смешения. Однако часто схемы бывают устроены так, что образуется петля обратной связи, по которой любое напряжение смещения в конце концов попадает обратно на вход интегратора и происходит своего рода самокоррекция. В разделе 12.2.3 мы увидим, что можно так построить генератор из интеграторов на основе ОУ, что балансировка не потребуется вовсе благодаря петле, которой охватываются интеграторы. Если необходимо, чтобы непрерывно работал одиночный интегратор, и возникает проблема с напряжением смешения, то можно воспользоваться «усмиренной» схемой, показанной на рис. 11.14. В ней параллельно конденсатору добавлен 1О-мегаомный резистор обратной связи Я чтобы уменьшить коэффициент усиления без обратной связи ло 100„вместо !О'. Это ослабит эффект «уползания смешения» в схеме без обратной связи, оставляя все же постоянную времени достаточно большой, чтобы интегрирование выполнялось точно вплоть до самых низких частот звукового диапазона.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
