М.Х. Джонс - Электроника практический курс (1055364), страница 53
Текст из файла (страница 53)
л,ям Рнс. 1! !4. Интегратор обшсго назначения, в котором усиление уменьшено, благодаря чему ослаблен дрейф Интегратор на основе ОУ 293 11.8З 7очность и время интегрирования Полезно взглянуть на интегратор на основе ОУ как на простую интегрирующую )гС-цепь, рассмотренную в параграфе 10.10; но в данном случае действующее значение емкости интегрирующего конденсатора возрастает в число раз, равное коэффициенту усиления нашего усилителя без обратной связи. Этот результат является следствием эффекта Миллера, который обсуждался в разделе 7.3.1. (Если усилитель обладает коэффициентом усиления напряжения А, то со стороны входа усилителя кажется, что разность потенциалов на конденсаторе в цепи обратной связи в А раз меньше, чем она есть на самом деле.) Такой взгляд на интегратор иллюстрирует эквивалентная схема, показанная на рис. 11.15. В этом примере фактическое значение постоянной времени ГгС-цепи равно АаАС.
Ошибку интегрирования теперь можно оценить таким же образом, как это было сделано в параграфе 10.!0 в отношении пассивной цепи, подставив лишь в нужные соотношения величину АаЯС вместо 1(С Когда значение А, доходит до 10', интегратор на основе ОУ позволяет точно интегрировать на протяжении времени порядка нескольких секунд. Рис. !!.!5. Интегратор на основе ОУ и его эквивалентная схема с «пересчитанной» пассивной ЯС-цепью, позволяющая найти фактическую постоянную времени 11.8.4 Генератор линейно-изменяющегося напряжения Интегратор служит полезным источником линейно-изменяющегося напряжения, необходимого для осциллографов в качестве сигнала развертки и используемого также при реализации некоторых методов аналого-цифрового преобразования. Если на вход интегратора подать неизменное по величине постоянное напряжения — )г, то на выходе получим: .„, = — 1(гг(г = —, 1(С ' 1гС ' Это — линейно-нарастающее напряжение с градиентом (г/ЯС(рис.
11.16). Когда на входе действует симметричное относительно земли периодическое прямоугольное колебание, это приводит к возникновению на выходе колебания треугольной формы. На рис. 11.17 показано, как можно применить полевой транзистор в каче- 294 Олроиаельнме бчаки аналоговой элеюпроники на иннгегральных згикросхемах стае электронного ключа, чтобы сбрасывать интегратор, замыкая конденсатор практически накоротко. Так можно поступать всякий раз, когда это необходимо, подавая 0 В или положительное напряжение на вход сброса и заставляя, таким образом, полевой транзистор проводить ток (последовательно вклю- Рнс.
11.1Ь. Линейно-нзменягошсеся напряжение как отклик интегратора на скачок напряжения. ченный диод зашишает затвор от смешения в прямом направлении). Постоянная времени разряда равна произведению емкости С на сопротивление полевого транзистора. У транзистора 2Х3819 сопротивление сток-исток (г,,) равно примерно 300 Ом, когда он открыт; выпускаются специальные МОП- транзисторы, такие как ЕЪ'Х 4206А, для использования в качестве ключей с много меньшими значениями г, д (типичное значение 1 Ом).
Прн подаче на вход сброса отрицательного напряжения величиной от — 5 В до — 20 В полевой транзистор запирается, в результате чего происходит нормальное интегрирование. Можно получить периодическое колебание с линейным изменением напряжения на части периода (колебание пилообразной формы); для этого нужно соединить вместе вход сброса и сигнальный вход и подать на них прямоугольное колебание отрицательной полярности с амплитудой 5 В. Тогда полевой транзистор будет автоматически запираться в пределах каждого отрицательного полупериода и позволять интегратору вырабатывать на выходе линейно-нарастаюшее положительное напряжение.
Когда входной сигнал вновь принимает нулевое значение, выходное напряжение сбрасывается до нуля, н это происходит в каждом периоде; в результате на выходе возникает пилообразное колебание, показанное на рис. 11.18. Такие колебания используются в осциллографах в качестве развертки. Интегратор на основе ОУ 295 ьн4148 с а О (ен Рис.
! 1.17. Интегратор с пенью сброса на полевом транзисторе. О В -5 в О В ва о Рис. 11.1Я: Пилообразное выходное напряжение, возникающее на выходе интегратора с автоматическим сбросом при подаче на вход прямоугольного колебания (вход сброса соединен с сигнальным входом). 296 «Снероингельные блоки» аналоговой электроники на интегральных микросхемах 11.8.5 Электрометрический усилитель При обнаружении ядерных частиц часто бывает нужна схема, являюшаяся заряда-чувствительным усилителем (преобразователем заряда в напряжение), у которой выходное напряжение пропорционально количеству заряда, поступившего на вход.
В таком случае очень полезен интегратор на основе ОУ: входной резистор убирается, и входная клемма напрямую соединяется с инвертируюшим входом (рис. 11.19). Исчачннкн пнсанси паакпнчснн, как на рнс. ! Ь5 Рис. 11.19. Электрометрический усилитель. Вследствие большого входного сопротивления ОУ ток, текуший в инвертируюший вход, пренебрежимо мал, так что входной ток 1, являюшийся следствием натекания заряда д, течет только в конденсатор С . Таким образом, заряд д переносится на конденсатор С.
Но Š— мнимая земля, так что разность потенциалов на конденсаторе С равна у,„с Поэтому при наличии заряда а на конденсаторе С имеем: (11.4) р С Следовательно, выходное напряжение пропорционально заряду, который притек на вход. Добавление схемы сброса, например, такой, как схема на полевом транзисторе на рис. 11.17, позволяет суммировать заряд на протяжении определенного интервала времени. Другой вариант состоит во включении резистора Я параллельно с конденсатором С, чтобы обеспечить условия для разряда.
В этом случае поступление на вход заряда а приведет к появлению на выходе импульса с амплитудой в пике д / С, и это напряжение затем будет спадать с постоянной времени ЯС . Следует позаботиться о том, чтобы постоянная времени была выбрана малой по сравнению с интервалом между импульсами, потому что в противном случае конденсатор С не будет успевать разряжаться в достаточной степени к моменту прихода Двоичный счет 397 — 2 и — 8 л»«тупмы «»»»»»ь Рис. 13.32.
Счет с помощью 4-разрядного двоичного счетчика 74Е893 по различному модулю. ни срабатывания, что приводит к временным «гонкам» импульсов по различным участкам схемы. Поэтому разные экземпляры серийных образцов могут приводить к совершенно непохожим результатам в зависимости от того, какой импульс «выиграет гонку». 13.72.3 Двоична-десятичный счетчик Во многих приложениях с использованием счетчиков, в конце концов, требуется, чтобы результат был представлен в десятичном виде и был понятен человеку-оператору.
Поэтому часто удобно разделить триггеры счетчика на группы по четыре, а в каждой группе установить модуль счета равным 10. Таким образом, отдельные десятичные цифры становятся легко доступными, а каждая из них в свою очередь будет выражаться в двоичном виде. Такое представление чисел называют двоично-десятичным кодом. Например, десятичное число 2901 можно представить в двоично-десятичном коде как 0010 1001 0000 0001. В клавиатуре, используемой для ввода данных в компьютер, обычно также используется двоично-десятичный код: например, числа или буквы, набираемые на клавиатуре посылаются символ за символом в распространенном «АБСП» коде. Каждая буква имеет свой определенный двоичный код. Обсуждение этого вопроса будет прдолжено позже в связи со знакообразуюшими индикаторами (см. рис.
13.43). Мы уже видели, как можно включить счетчик на ИС 74Е593, способный считать до 16, таким образом, чтобы происходил сброс после того, как результат счета становится равным 9. Это один из способов сделать двоичнодесятичный счетчик, но дополнительно к проблеме «выброса перед обнулением» применение этого варианта означает, что для других целей входами сброса нельзя воспользоваться без дополнительных схем ИЛИ.
Удобнее применять специальный счетчик, такой как 74ЕБ90 (аналог 1533ИЕ2 — Прим. перев.). Боколевка его выводов показана на рис. ! 3.33. 298 Строительные блоки» аиалогооой злеюяроиики иа инимгркмьных микрзссемат л, Иееачннкн пнзан>ы нкзнчычены, как на »не. НЛ тнпнчные значения.
С Ю нФ Ле =Ю М Рис. ! !.20. Лиффсрснииатор на основе ОУ. Таким образом, выходное напряжение прямо пропорционально производной входного напряжения по времени. Другими словами, чем больше скорость изменения сигнала на входе, тем больше выходное напряжение. Поскольку коэффициент усиления по постоянному току в этой схеме равен единице, обычно нет необходимости в подключении схемы балансировки. Дифференциатор на основе ОУ можно рассматривать как предельный случай дифференцируюшей ЯС-цепи (см. рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
