М.Х. Джонс - Электроника практический курс (1055364), страница 57
Текст из файла (страница 57)
На рис. 11.39 приведена популярная схема регу- ьт З 0-и Й ~-20 а -30 200 250 315 400 500 030 000 Ч пота гтн1 Рис. ! 1.37. Типичная частотная характеристика активного фильтра с несколь- кими обратными связями (7; = 400 Гн, 52 = 20). Из приведенных соотношений ясно, что с уменьшением сопротивления Я, частота /; растет, но ширина полосы 25Г и коэффициент усиления А остаются неизменными. Таким образом, резистор )12 является регулятором настройки. Добротность схемы (г можно найти по формуле: 172 ль 1~)131)г1 т)г2) (11.29) 257 2 )51)52 Типичная частотная характеристика фильтра с несколькими обратными связями показана на рис. 11.37.
Она построена при следующих значениях компонентов: 35, = 100 кОм, Я, = 47 кОм, А, = 68 Ом, С = 150 нФ; максиматьный коэффициент передачи = 1, (',3 = 20 и 7, = 400 Гц. Если два паласовых фильтра включить каскадно (подать сигнал с выхода первого фильтра на вход второго), то частотная характеристика станет по краям значительно круче. Если слегка поварьировать резонансные частоты, то можно получить хорошее приближение к идеальной паласовой характеристике с плоской вершиной (рис. 11.38).
Актиаиые фильтры 319 Я вЂ” 20 ф М -30 315 400 500 030 МО Чемата (Га3 Рис. 11. 38. Типичная частотная характеристика двух каскадно включенных полосовых фильтров с немного отличаюшимися резонансными частотами, Га = 400 Гп, ширина полосы на уровне -3 дБ = 50 Гп. Я, ЮК Я3300К Я, ЮК Рис 11.39. Вариант схемы Баксандалла» для регулировки тембра в области нижних и верхних частот.
320 «Строительные блоки» аналаеовой электроники на интеральных микросхемах Полный полосы инских +20 Полный полъсы высоких +ю ь Й $ -ю и Частичный полъсн выаоких Пласксв Чвстичнос поласлснис высоких Полно полввчснис высоких -эг 1й кю 1х юй Ч стот (Гн) Рис. ! !.40. Типичные частотные характеристики схемы регулировки тембра типа схемы Бйксйнлйллй. 11.15 Логарифмические усилители Сигнал на выходе логарифмического усилителя имеет вид: )х, = А!об,оИ;„ где А и тг — некоторые постоянные. Такие усилители применяются в измерительной аппаратуре, когда необходимо представить на одной шкале лировки тембра с обратными связями, автором которой является Баксандалл (Р.!.
Вахапг)а!1). Полный анализ этой схемы при различных возможных установках регулятора тембра в области нижних частот Я, и регулятора тембра в области верхних частот Я, был бы очень долгим, но качественное понимание принципа действия схемы можно приобрести быстро. Рассмотрим сначала регулировку тембра на верхних частотах; конденсаторы С, и С, пропускают к потенциометру к, только верхние частоты. Скользящий контакт потенциометра Я, соединен с точкой мнимой земли инвертируюшего усилителя; перемешение скользяшего контакта изменяет отношение сопротивления входного резистора к сопротивлению резистора обратной связи (см.
рис. 11.9), но это имеет отношение только к верхним частотам. Подобную функцию на низкочастотном конце звукового диапазона выполняет регулятор тембра в области нижних частот Я„на который не попадают высокие частоты благодаря цепям )!ПС, и Я„С„представляющим собой фильтры нижних частот первого порядка.
Таким образом, в этой схеме осушествляется независимая регулировка в области нижних и верхних частот, обеспечивающая подъем или завал частотной характеристики с максимальным наклоном 6 дБттоктаву. Среднее положение обоих регуляторов соответствует единичному полному коэффициенту передачи с горизонтальной частотной характеристикой во всем звуковом диапазоне. На рис. 1!а40 показаны несколько типичных частотных зависимостей для различных установок регуляторов тембра. Логарифмические усилители 321 сигналы, величина которых меняется в широком диапазоне; тогда одно деление шкалы может соответствовать изменению измеряемого параметра на декаду.
При проведении акустических измерений уровень звукового лавления выражают, как правило, в децибелах по отношению к эталонному значению, равному 2 х!0 Н/м', прелставляюшему собой, грубо говоря, порог слышимости. Включая логарифмический усилитель до устройства инликации, мы можем считывать результат прямо в децибелах. У некоторых измерителей уровня звука диапазон от 70 до 120 дБ перекрывается одной линейной шкалой. Удобно использовать эту возможность также при измерении времени реверберации в помешении, равного, по определению, времени, в течение которого звуковой импульс затухает на 60 дБ.
С помошью логарифмического усилителя уровень звука можно наблюдать на экране осциллографа, где экспоненциальное затухание выглядит как прямая линия, наклон которой можно легко измерить. В физике много подобных явлений с экспоненциальным затуханием во времени. Результаты таких наблюдений удобно представлять, применяя логарифмический усилитель, в виле прямых.
Простейшая схема логарифмического усилителя представлена на рис. 11.41; в ней стандартный инвертируюший усилитель с мнимой землей охвачен петлей обратной связи, содержашей транзистор. Последовательно с выходом усилителя включен резистор Яя чтобы ограничить ток, который может течь по переходу база-эмиттер транзистора со стороны выхода усилителя при больших уровнях сигнала.
Как говорилось в параграфе 6.3, эмиттерный ток биполярного транзистора связан с напряжением база-эмитгер соотношением вила вольт-амперной характеристики р-и перехода: 1(6.2а)! гв 70 ех приЬ»1и7, 1 .Поэтому 1 В~вв ) 7с = гоехр( — ~' (,нтск' где Уо' — обратный ток утечки, е — заряд электрона, й — постоянная Больцмана, Т вЂ” абсолютная температура. Или, переходя к натуральным логарифмам, 1п7 1п7 „вв ЕГ 1 2гТ то есть (11.30) с 7о Обратимся теперь к схеме на рис.
11.41 и воспользуемся привычными предположениями о мнимой земле на инвертируюшем входе ОУ; получим; 7у =71 = Я1 ' 21 Эак. Очзэ. 322 «Строигнельнме блоки» аналоговой электроники на ингнегральньет микросхемах Рис. ! !.4!. Простейшая схема логарифмического усилителя. Основная особенность этой схемы заключается в том, что ток обратной связи 1, является коллекторным током 1с транзистора, то есть 1à — - 1» Я1 Но переход эмитгер-база включен непосредственно между выходом и землей, поэтому выходное напряжение равно )о =Рек = — )п— )от 1- (из (11.30)) 1'. ит р' = — !и — ' (11.
31) е 1!11о ' Таким образом, мы нашли, что выходное напряжение пропорционально натуральному логарифлгу от входного напряжения. Эту связь нетрудно выразить через более привычные логарифмы по основанию 10, применяя правило: 1ок,«х = !и х !оя1»е.
Поэтому Мо(~ гг)гА) (11. 32) !' е !ой,ое Проше это соотношение записать так: !'о =Ь)оя„);+с, (11.33) где Ь и с — постоянные. На рис. 11.42 приведена проходная характеристика простейшей схемы логарифмического усилителя; очевидно, что выходное напряжение колеблется в небольших пределах, изменяясь всего лишь на величину порядка Логарифмические усилители 323 0,3 В при изменении входного сигнала вдиапазоне четырехдекад. При малых входных напряжениях схема становится критичной по отношению к балансировке, осушествляемой потенциометром Я, .
Чтобы облегчить регулировку, последовательно с обычным 10-килоомным потенциометром регулировки смещения включен резистор Я, с переменным сопротивлением для тонкой настройки. С помощью схемы балансировки устанавливают нуль на выходе усилителя при замыкании накоротко его входа. В таком состоянии ток транзистора в цепи обратной связи пренебрежимо мал и усилитель работает в режиме, близком к отсутствию обратной связи; поэтому он очень чувствителен к регулировке смешения. оо е 05 а .", о, ° $ в о.з Й > от ю' ю' ю' ю' ~ ю У (вольоо Рис.
11.42. Типичная проходная характеристика простейшего логарифмичес- кого усилителя. Помимо ограниченного диапазона выходных напряжений, у простейшей схемы логарифмического усилителя, приведенной на рис. 11.41, имеется еше один дефект: она чувствительна к температуре из-за множителя К Т(е в вольтамперной характеристике транзистора.
Этих двух неприятностей можно избежать, воспользовавшись более совершенной схемой, представленной на рис. 11.43. Здесь добавлен второй каскад, чтобы повысить усиление и обеспечить температурную компенсацию. Температурная компенсация достигается введением еше одного перехода база-эмиттер транзистора Т„который как бы противостоит основному логарифмируюшему транзистору Т,; во всем рабочем диапазоне ток, текуший через транзистор Т,, изменяется пренебрежимо мало, так что в этом транзисторе не происходит преобразования сигнала, обратного логарифмированию, осушествляемому транзистором Тг Однако транзистор У, испьпывает те же самые изменения температуры, что и транзистор Т„так что результируюшие изменения разности потенциалов между базой и эмиттером транзистора Т, компенсируют соответствуюшие изменения у транзистора Тг При монтаже транзисторы Т, и Т, следует располагать возможно ближе один к другому, чтобы температура окружающей их среды была одной и той же.
Здесь можно достичь очень хороших результатов, применив «сверхсогласованную» пару транзисторов, такую как 1.М3941ч. Чтобы в этих условиях 324 Строительные блоки» аналоговой электроники на интегреыьных микросгемах Рис. 11.43. Логарифмический усилитель с температурной компенсапией. сохранить устойчивость на высоких частотах, в цепях обратной связи обоих усилителей включены шунтируюшие конленсаторы С, и Сг Потенциометром Яа определяется масштабный коэффициент (усиление), и совсем просто настроить его так, чтобы изменение входного сигнала на 1О дБ давало удобное для отсчета изменение выходного напряжения на 1 В. Установкой трех других потенциометров осушествляется балансировка; а Й - 3 в Ю ' ьв' Ю-' ! Ю ПО ь' 1»юь»а1 Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
