Чижма С.Н. - Основы схемотехники 2008 (1055377), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Рис, 12.7. Дифференциальный усилитель З случае, если сопротивления всех резисторов в схеме одинаково А, = А, .=:-А„= А (12.6) ВЫХ ВХ2 ВХ2 12.4. Интеграторы . Если ООС, которой охвачен ОУ, образуется конденсатором, то схема .'... вьпюлняет математическую операцию интегрирования по времени (рис.12.8). ' Входной ток 12' 2'А протекает через конденсатор С. В связи с тем, что .ннвертирующий вход имеет потенциальное заземление, выходное напряжение определяется следующим образом: 1.2 2'А — — С 1ЛI 2'22'2), 1 У = — — Ьл2,Й В- соля2 Вых АС 2 Ят (! 2.7) 159 Входное сопротивление схемы по инвертирующему входу равно Ал а Но неинвертирующему — А + А при этом они могут различаться весьма су':.
' щЕственно. Но ведь одним из важных применений дифференциального уси.' -,2лнтеля является подавление с его помощью фона и помех, которые наводятся ,',,:иа'проводящих проводах. Если сопротивление источника сигнала не мало, ":.'::21р Значительное различие входных сопротивлений становится существенным Недостатком Обычно бывает можно пожертвовать оптимальными условиями согласо'Йнияпо постоянному току, беря сопротивления такими, чтобы выполнялись равенства: А, ь А„= А,; А, 2 А, = А 2 А2; при этом входные сопротивления , -:: вьзравниваются, а коэффициент подавления синфазной помехи остается боль:": шим.
Для получения больших значений этого коэффициента используют диффоренциальные усилители на нескольких ОУ. Рис. 12.8. Интегратор на ОУ Представленной здесь схеме присущ один недостаток, связанный с тем, что выходное напряжение имеет тенденцию к дрейфу, обусловленному сдвигами ОУ и током смещения (в схеме отсутствует ООС по постоянному току), Это нежелательное явление можно ослабить, если использовать ОУ на полевых транзисторах, отрегулировать входное напряжение сдвига ОУ и выбршь большие величины Я и С. Кроме того, на практике часто прибегают к периодическому сбросу в нуль интегратора с помощью подключенного к конденсатору переключателя (обычно на полевом транзисторе) (рис.12.9, а). Если остаточный дрейф по-прежнему слишком велик для конкретного случая использования интегратора, то к конденсатору С следует подключить резистор с очень большим сопротивлением Я„которьгй обеспечит стабильное смещение за счет обратной связи по постоянному току (рис.12.9, б).
Такое подключение приведет к ослаблению интегрирующих свойств на очень низкой частоте: Г < ЩС. Интегратор может служить источником линейно-изменяющегося напряжения, необходимого, например, в осциллографах в качестве генератора ршвертки, используемого также при реализации некоторых методов цифро-аналогового преобразования. Если на вход интегратора подать постоянное напряжение, на выходе получим линейно-возрастающее напряжение, которое будет увеличиваться вплоть до напряжения насыщения. Когда на входе действует симметричные относительно земли периодические колебания, это приводит к возникновению на выходе треугольных колебаний.
Схему 12.9, а можно использовать как генератор пилообразных колебаний. Для этого на вход необходимо подать постоянное напряжение, а на вход полевого транзистора — периодические прямоуз ольные импульсы (рис. 12.19). Г!ри отрицательном напряжении на затворе полевой транзистор запирае",- ся, интегратор вырабатывает на выходе линейно-возрастающее напряжение, по приходу положительного импульса полевой транзистор открывается, конденсатор быстро разряжается, выходное напряжение сбрасывается до нуля. Периодические импульсы сброса формируют на выходе пилообразное напряжение.
!60 свявва 5В ; тв -50 Овых ж Рис.12.9. Интеграторы с уменьшенным дрейфом: а) — с периодическим сбросом; б) — с резистором в цепи ООС Икрою ~ Г 1Увьм '.Рис. 12.10. Временные диаграммы работы интегратора со сбросом в качестве генератора пилообразных импульсов 12.5. Днфференциаторы Дифференциаторы подобны интеграторам, в них только меняются .",:::Местами резистор А и конденсатор С. Инвертируюший вход ОУ заземлеи, '..:::,.66атому изменение входного напряжение с некоторой скоростью вызывают '-,';:;,'ЖМенения тока 2 = С(аС Атг), а следовательно и выходного напряжения 161 На практике с дифференциаторами на основе ОУ работать трудно из-за их большой чувствительности к всевозможнзлм шумам во входной цепи.
Действующее напряжение шума может быть совсем небольшим, но часто скорость его изменения весьма велика и приводит к большим по величине паразитным сигналам на выходе дифференциатора. По этой причине избегают применения дифференциаторов везде, где это возможно. Если нельзя обойтись без дифференциатора, то можно понизить чувствительность к помехам, ослабляя эффективное усиление в усилителе на высоких частотах. Для этого последовательно с конденсатором С' включают резистор (типичное значение — 1кОм), а параллельно резистору Л вЂ” конденсатор небольшой емкости (типичное значение— 100пФ), и экспериментально подбирают значения этих параметров так, чтобы достичь приемлемого компромисса между чувствительностью к помехам и точностью дифференцирования (рис.12.11). Рис.! 2.11.
Дифференциатор на ОУ с уменьшенной чувствительностью к помехам 12.6. Нелинейные преобразователи иа ОУ В ряде случаев необходимо, чтобы зависимость входного и выходного напряжений была нелинейной. Для этого используют совместное включение ОУ и нелинейных элементов, таких как диоды, стабнлитроны н транзисторы. Наилучшие результаты получаются, если нелинейные элементы включаются в цепь ООС. Рассмотрим в качестве примера взлпрямителн и ограничители на ОУ. Пречизиолные выпрямители. ОУ можно с успехом применять в тех случаях, когда для целей измерения требуется осуществить точное ныпрямлепне малых по величине переменных напряжений.
Нелинейность прямой ветви характеристики диода делает непосредственное выпрямление малых переменных сигналов очень неточным. Кремниевый диод практически перестает проводить ток, как только напряжение, приложенное в прямом направлении, падает ниже 0,4 В. Эту трудность можно преодолеть, поместив диод в петлю обратной связи, охватывающей ОУ; как показано на рис.12.12. 162 22вв»» Рис.
12.12. Прецизионный однополупериодный выпрямитель Вдесь функцию выпрямленна выполняет диод 1»12,: его включение в пет...(лю обратной связи, охватывающую усилитель, приводит к тому, что напря.'=,жчеиие, действующее на входе схемы, эквивалентно эффективной разности '",,'пкзтенцивлов, приложенной к диоду в прямом направлении, поделенному в ' ';:;;чзусло раз, равное коэффициенту усиления усилителя без обратной связи, так в,:что усилитель хорошо работает при входных напряжениях меньше 1 мВ.
Вто. ':„'рой диод ИЭ2 и относящийся к нему резистор нужны в этой схеме просто для того,'чтобы обеспечить обратную связь на время положительного полупери:::;ода входного сигнала и„ таким образом избежать перегрузки усилителя. Легко построить н двухполупериодный вариант точного выпрямителя, --:-вставляя «пропускаемуюл полуволну с помощью сумматора на ОУ (рис,12.13). Р» лск цв и» Я, ~2,2» Рис.12.13. Прецизионный двухполупериодный выпрямитель 163 Качество работы этой схемы определяется точностью подбора 5- и 10- килоомных резисторов. Другое название этой схемы — схема получения модуля, так как в широком диапазоне уровней сигнала О = — ~О ~.
ввж вх ' Ограни штелв уровня являются одной из разновидностеи схем для нелинейного преобразования сигналов. От данных устройств требуется, чтобы, начиная с некоторого уровня выходного напряжения дальнейшее увеличение входного сигнала не приводило к дальнейшему увеличению выходного напряжения, По сути дела ОУ является таким ограничителем, так как его максимальное напряжение всегда меньше напряжения питания. Однако на практике такое это свойство ОУ для ограничения выходного напряжения не используется.
Причина этого в нестабильности уровней ограничения, обусловленной температурной зависимостью параметров полупроводниковых приборов. По своей сути ограничение выходного напряжения ОУ может пониматься как значительное понижение его коэффициента передачи. Эту проблему можно решить, включая в цепь ООС нелинейный элемент, например, стабилитрон (рис.12,14), До тех пор, пока напряжение на выходе ОУ недостаточно для открывания стабилитрона, его коэффициент передачи ранен собственному коэффициенту передачи ОУ. При превышении входным напряжением напряжения открывания стабилитрона коэффициент передачи устройства резко падает. Действительно, дифференциальное сопротивление стабилитрона на вертикальном участке вольт-ампсрной характеристики стремится к нулю.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
