М.Х. Джонс - Электроника практический курс (1055364), страница 58
Текст из файла (страница 58)
11.44. Типичный график зависимости Р,„от И лля логарифмического усилителя, представленного иа рис. 11.43. Прецизионные вылрямители 325 потеициометры Я, и Я„настраиваются точно так же, как и в простейшей схеме на рис. 11.41: при заземленном входе они устанавливаются в такое положение, чтобы потенциал эмиттера Т, был настолько близок к нулю вольт, насколько это возможно. С помошью потенциометра 2!и регулируется смешение по постоянному току на выходе; в большинстве случаев смешение по постоянному току устанавливается таким, чтобы при стремлении к нулю входного напряжения выходное напряжение также стремилось бы к нулю. Важно заметить, что логарифм нуля равен минус бесконечности, и что поэтому напряжение на выходе усилителя будет вести себя самым «диким» образом при настоящем нуле на входе, и это будет совершенно правильно.
Тем не менее, усилитель будет хорошо работать в интервале значений входного сигнала от 5 мВ до 100 В, как что его динамический диапазон превысит 80 дБ. Типичный график зависимости выходного напряжения от входного для логарифмического усилителя с температурной компенсацией приведен на рис. 11.44. 11.16 Прецизиониые выпрямители ОУ можно с успехом применить в том случае, когда для целей измерения требуется осушествить точное выпрямление малых по величине переменных напряжений. Нелинейность прямой ветви характеристики диода делает непосредственное выпрямление малых переменных сигналов очень неточным; в самом деле, можно считать, что кремниевый диод перестает проводить ток, как только э.д.с., приложенная в прямом направлении, падает ниже 0,4 В.
Эту трудность можно преодолеть, поместив диод в петлю обратной связи, охватываюшей ОУ, как показано на рис. ! 1.45. Здесь функцию выпрямления выполняет диод Ю,: его включение в петлю обратной связи, охватывающей усилитель, приводит к тому, что напряжение, действуюшее на входе схемы эквивалентно эффективной разности потенциалов, приложенной к диоду в прямом направлении, поделенному в число раз, равное коэффициенту усиления усилителя без обратной связи, так что выпрямитель хорошо работает при входных напряжениях меньше 1 мВ. Второй диол 22, и относяшийся к нему резистор нужны в этой схеме просто для того, чтобы обеспечить обратную связь на время положительного полупериода входного сигнала и, таким образом, избежать перегрузки усилителя. Легко построить и двухполупериодный вариант точного выпрямителя, вставляя «пропускаемую» полуволну с помошью сумматора на ОУ (рис. 11.46).
Качество работы этой схемы определяется точностью сопротивлений !О- и 5-килоомных резисторов, которые желательно взять с допуском + 2%. Другое название устройства, показанного на рис. 11.46, — схема получения модуля, так как в широком диапазоне уровней сигнала »«а =+!п~ 326 «Строительные блоки аналоговой эгаилроники на интегральных микросхемах Источники питания поякяючсни, как на р т Ьв Рис. 11.45.
Препизионный однополупериодный выпрямитель. Источники питания поакчючс и Птю. 10 Ь Рис. 11.4о. Препипиоцный двухполупериодный выпрямитель (схемв получения модуля), том = — /чм!. 11.17 Диффереициальиый компаратор 11. 17.1 Введение В электронике часто требуется выполнить сравнение, чтобы решить, больше напряжение сигнала, чем определенный опорный уровень, или меньше. Простейший пример — это указатель полярности, в котором роль опорного уровня при сравнении играет обшая шина (земля). В качестве компаратора (сравниваюшего устройства — Прим. перев,) можно Дифференциальный комнаратор 327 использовать любой дифференциальный усилитель; в таком применении усилитель не охватывается отрицательной обратной связью (рис.
11.47). Большой коэффициент усиления в отсутствие обратной связи в данном случае означает, что медленно изменяющееся входное напряжение рм будет вызывать быстрые изменения выходного напряжения з н когда к, достигает значения )' „. Например, а,„может быть выходным сигналом фотодетектора, от которого требуется включать свет при наступлении сумерек; здесь значением Р' определяется момент, когда происходит включение. ао аяее 1И Рис. 11.47.
Дифференпиальныв компаратор; (а) схема, (Ь) характеристика. На таком ОУ общего назначения, как ИС 741, можно собрать удобный компаратор для применения в громадном числе случаев. Основной недостаток этой ИС вЂ” малая скорость нарастания выходного напряжения, при которой время переключения оказывается относительно долгим (примерно 20 мкс). Много быстрее срабатывает ИС 748, применяемая без коррекции (время переключения < 1 мкс), но это все еще слишком мелленно для надежной работы многих логических схем. Другая проблема, относящаяся к сопряжению с логическими схемами, состоит в том, что полный размах выхолного напряжения от Рсс, ло )' слишком велик, и это неудобно ИС 311 — это готовый компаратор, специально приспособленный к тому, чтобы преодолеть эти затруднения и быть удобным в тех случаях, когда требуется сопряжение между аналоговыми и цифровыми системами.
Внутри у него имеется ОУ, к выходу которого подключен транзистор, как показано 328 «Строительные блоки» аналоговой электроники на интегральных микроссеиах на рис. 11.48. Так сконструированная схема может работать от одного источника питания, давая — при указанном на рисунке напряжении питания +5  — скачок 0 В /+5 В, совместимый с болыцинством цифровых логических схем. Выход транзистора с «открытым коллектором» предусматривает включение 1-килоомного резистора в качестве коллекторной нагрузки ( резистор осуществляет подтягивание коллектора транзистора к шине питания). Типичное значение времени установления импульсного сигнала на выходе меньше 50 нс.
«5В 05« ьв Рнс. ! 1.48. Компаратор на основе ИС 311. У простой схемы с единственным источником питания (рис. 11.48) есть недостаток: ни и„, ни В „не могут иметь нулевое значение или становиться отрицательными; в противном случае, работа внутреннего ОУ нарушится из-за прохождения синфазного сигнала. Исправить зто можно, соединив вывод 4 ( И ) с шиной питания — 5 В, а не с землей (О В); тогда напряжения на обоих входах смогут колебаться в пределах, задаваемых значениями, примерно на 1 В меньшими каждого из напряжений питания.
Вывод 1 остается соединенным с землей (О В), чтобы выходной транзистор продолжал переключаться между 0 В и +5 В. При наличии этих двух источников питания на вход И можно подать 0 В, превратив компаратор в детектор пересечения нуля, используемый при преобразовании переменного входного сигнала в последовательность импульсов для их подсчета в дальнейшем цифровой схемой. Максимальные напряжения питания х18 В на выводах 8 и 4 позволяют ИС 311 работать со входными сигналами с размахом до к17 В. На выходной транзистор можно по-прежнему независимо подавать напряжение питания +5 В, сохранив совместимость с логическими схемами. Его способность отдавать в нагрузку ток 50 мА позволяет с его помощью непосредственно переключать лампы или реле, П.172 Гистереэис при полоэкительной обратной связи При работе с компараторами могут возникнуть неприятности с «дрожанием», особенно в том случае, когда в сигнале присутствует значительный шум.
Вместо однократного изменения уровня выходного напряжения при Дифференциальный компаратор 329 достижении входным сигналом значения )' могут иметь место быстрые колебания между логическими уровнями. При таком явлении нарушается функционирование счетчиков, и его можно избежать, вводя в характеристику компаратора гистерезис . Этот гистерезис или «люфт» является электрическим аналогом дверной пружинной защелки и возникает в результате введения неглубокой положительной обратной связи. На рис. 11.49 представлен компаратор на ИС 311 с 50-милливольтным гистерезисом. Сигнал положительной обратной связи подается, естественно, на неинвертируюший вход, и для того, чтобы коэффициент передачи цепи обратной связи был вполне определенным (а значит, и величина гистерезиса была фиксированной), необходимо подавать сигнал на этот вход от источника с малым сопротивлением.
Но обычно легче не требовать малого сопротивления источника сигнала, а подавать на неинвертируюший вход опорное напряжение. В этом случае входной сигнал подается на инвертируюший вход, а характеристика становится инверсной, как показано на рис. 11.50, и демонстрирует наличие гистерезиса. Когда напряжение на выходе компаратора изменяется, за счет положительной обратной связи слегка меняется опорное напряжение (точнее: потенциал неинвертирующего входа — Прил. перев.), так что требуется относительно большое приращение входного сигнала, чтобы вызвать обратный перескок выходного напряжения.
В схеме на рис. 11.49 ширина петли гистерезиса зз )г равна Яг !5К Рис. 11.49. Компаратор на ИС 311 с гистерезисом (источники питания и земля подключаются так, как показано на рис. 1!.48). +5 В я! аВ ов Рис. 11.50. Типичная характеристика компаратора на ИС 311 с гистерезисом. 330 «Строитгльные блоки» аналоговой электроники на интвгральньи микросгеиах (П.34) л) = й,+й, где (г — величина, на которую меняется выходное напряжение при срабатывании компаратора. 11.18 Справочные данные об ОУ Информацию о характеристиках и цоколевке ОУ, а также примеры ОУ раз- личного типа можно найти в приложении 3. 11.19 Аналоговый умножнтель Когда мы в разделе 8.4.2 рассматривали дифференциальный усилитель, оказалось, что дифференциальный коэффициент усиления напряжения прямо пропорционален суммарному эмиттерному току транзисторов, составляюших дифференциальную пару.
Очевидно, что этим можно воспользоваться для того, чтобы с помощью управляюшего электрического сигнала изменять коэффициент усиления напряжения усилителя. Суммарный эмиттерный ток в дифференциальном усилителе можно регулировать независимо, изменяя напряжение смешения у транзистора в эмиттерной цепи, который играет роль генератора стабильного тока (рис. 8.9). При симметричном выходе между коллекторами двух транзисторов (рис.
8.10) изменение суммарного эмиттерного тока не влияет на величину дифференциального выходного напряжения, а только изменяет коэффициент усиления. Пусть напряжение сигнала на входе усилителя равно (г тогда (ам = Аггк, где А„— коэффициент усиления напряжения. Предположим теперь, что Ак — — Гь)гг где Гг„— напряжение смещения, управляющее суммарным эмиттерным током; тогда то есть напряжение на выходе пропорционально произведению напряжений двух входных сигналов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
