Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы (1988) (1095417), страница 68
Текст из файла (страница 68)
Необходимые для этого резисторы с большим сопротивлением легко имитируются схемой, состоящей из конденсатора небольшой емкости ( 1 до 10 пФ) и ключевых МОП-транзистм ров. Обеспечиваемое этой схемой сопротивление 1аково, чго емкости конденсаторов, входящих в фильтр, достаточно малы, так чго конденсаторы можно ввести в состав кристалла полупроводниковой ИС В результате мого вся схема активного фильтра может быть реализована в виде одной полупроводниковой ИС Рассмотрим схемы на рис 5 55 Двухфазная синхронизация подразумевает наличие взаимодополняющих, но неперекрывающихся временных импульсов ч~, и че Предполагается, что частота синхронизации больше частоты сигнача Сначала рассмотрим схему на рис 5 55, а Когда ~р, имеет высокий уровень, а ~Р, — низкий, конденсатор С, заряжается до напряжения р, — ре При этом заряд, до которого заряжаегся конденсатор, а следовательно, и заряд, протекающий через схему, равен 9д = С,(о, — р,) При низком уровне ч, и высоком Ч, происходит разряд С, до нуля Ток через конденсатор, с,, равен скорости, с которой заряд проходит в схеме через С„ и, следовательно, задается формулой се = К!Т, = Се (и, — ое)/Т, = /,С, (г, — о,) =- (р, — и,)/й,, (5.123) где Т, — период синхронизации, /„= !/Т, — частота синхро низацни, а /(,„— эквивалентное сопротивление, определяемое выражением /с,'и = Т„/С~ = 1//еСо Последний результат показывает, что большое сопротивление можно получить при использовании небольшой емкости ИС и подходящей частоты синхронизации Например, эквивалентное сопрогивлеиие 1,0 МОм достигается при МОП-емкости 10 пФ и частоте синхронизации 100 кГц Другая очень похожая схема показана на рис 5 55, б.
Когда гГд имеет высокий уровень, конденсатор С, заряжается до напряжения р,, что соответсгвует заряду О, С|Р,. При низком уровне ч., " высоком уровне Ч~, конденсатор перезаряжается до ре Заряд, пРотекающий с выхода схемы в конденсатор Сь равен 9~ = С1 (ре— и) Протекающий ток 0 равен усредненному по времени изме"ению заряда и определяется выражением 0 = — (/1/Т = — С1(р! — Ре)/(Те = = — / ( 1 и ~ ие! = (ре ре)/х/еа (5.124) Глана д В двух рассмотренных выше схемах конденсатор включен последовательно На рис, 5,55, в показана параллельная комму, тациоияо-емкостная схема Эта схема может быть рассмотрена как частный случай схемы на рис.
5 55, а при ое О. Здесь конр~ рт а„ = 1л,с, Рис. о.об. Фильтры нижних час|от с переключаемыми конденсаторами. денсатор С, заряжается до Д, = С,о, при высоком уровне Чч. Затем, когда уровень срт становится низким, а тра высоким, Ст разряжается до нуля через транзистор, соответствующий уе. Следователпто, для тока с', можно записать выражение с; = Я,/Т, = Стет(Те = )".еСхот = отЯ,ч, где )с,ч — — 1/~,Ст Различные типы схем активных фильтров (ФНЧ, ФВЧ, полосовые, режекторные) могут быть реализованы на схеме о переключаемыми конденсаторами, заменяющими резисторы, так что полу чаемая схема фильтра становится полностью емкостной Разлив Харакпмриенвики и применение ОУ ные постоянные времени, которые определяют характеристики фильтра, можно найти по формуле .
= Л„С, =(С,!С,)7),. (5.126) Вта форлеула показывает, что постоянные времени фильтра очень просто и с достаточной степенью точности можно изменять, регулируя частоту синхронизации, что позволяет создавать программируемые и следящие фильтры, Характеристики фильтра могут регулироваться в достаточно широких пределах под управлением частоты синхронизации. Для МОП-конденсаторов небольшой площади с емкостью 1 пФ и менее точность отношения емкостей может быть выдержана в пределах от 1 до 2 %, а для МОП конденсаторов большей площади с емкостью около 15 пФ и больше точность этого отношения около О,! % В результате возможности получения отношения емкостей с такой гочностью, а также при точном управлении частотой синхронизации возможна достаточно точная регулировка характеристик фильтра. Простейшим примером активного фильтра с переключаемыми конденсаторами является фильтр нижних частот на рис.
5.56. Передаточная функция этого фильтра имеет вид Т (!) = о — » ' — » ', (5.127) !+ ЬС» !+гР!) где (т» = 1П,Се, гтт = 1/!вСт, а (ь — 1!(2ий»С») =(„СЯ2пС»). Тогда передаточную функцию можно переписать в виде Т(!) = (С,7С,)7!1+ ! ®(),)) (5.128) Отсюда следует, что характеристики фильтра являются функцией только отношения емкостей и частоты синхронизации. 3ЛДЛЧИ Если специально не оговорено, то ОУ предполагаготсн идеальнымн, с бее конечным номргрггггиеитом т силенин. ал.
Нмчигпающиа усилитель. С помон,ью рис. 36.! покажкнт, что Уо = - (р у.Ел! !Уа — рл! ггв мо ив Рнс 36,!. Глава б 6,2, Суммирующий уеилиамль. С помощью рнс. 35,2 покажнте, что у — 5Ут — буа — 10рв — 20$'в -)- 40уь 2ов ч, вя Чв '(о Рнс. 36.2, 6,3. Преабраэоеаямль так — напряжение. С помощью рнс. 35,3 покажите, что! а) при Аоикб 1 Ро = — 1!Рр((1 + (!!А<и.)) вв — 1!Рр', б) прн Аоь ~ 1 входное сопротнвяенве определяется вырюкеннем Р! = Рр((1 + Аоь) Ре1Аоь. "е чо Рнс.
35.3 6,6, Преобразовалмль напряжение — яюк — иетлачник шаха, улравляемый напряжением. С помощью рнс. 35.4 покажите, что при Аль'д 1+ Рь(Р! Рт (1+ (1(Аоь) (1+ Рй(Рь) Рнс 35.4. Харакнмристики и применение ОУ 561 Активный фильтр нижних частот — ин~пегратор. С помощью рнс. 35.5 покажите, что а) при спнусондальном возбуждении Уо йе ! Апь Уа йд ! + /вйеСе б) если Ув — входное возбуждение в форме скачка с амплитудой Ущ мз для Уо можно записать "Π— Уа (йк/йд) (1 — ехр ( — ЦйкСе)), и при г = О,!йеСк Уо вв — Уз(ййдСв), таким образом, лля 1/й ( О,!йвСк выходное напряжение примерно равно интегралу от вход. ного напряжения, Мв Рис.
35.5. 5,6. Активный фильтр трение частот — дифференцианюр. С помощью рнс. 35,6 покажите, что а) при синусоидальном возбуждении Ась = — /вСдйе/(1 + /вйдСд); б) если Уа — входной сигнал в форме скачка, то выходное напряжение определяется выражением Уо = -1'а (йк/йд) ехр ( — ПйдСл), и, следовательно, при Г ( О,(йдСд Уо кв — Ун (йге/йд). Рнс. 35.6. П Прецизионный детектор или вьтрниителсь С помощью ряс. 35.7 пока жите, что уо = у, при у, ) О (в действительности )уп/Ааг., где Уд ВРямое падение напряжения на диоде) и 1'о = О прн Уг (О.
Глава б 6.6. Преццэионный даулполу»ерноднмй вмпрлмнтел». С нивнаьзан рнс. 35,8 понажите, что то ~ у,~, и> и! Рис. ЗГ>.8. 6.9. Ilрецнзнанный пиковый дел>ектор. С помощью рпс. 35.9 покажите, что Уз равно максимальному положительному зиачевию Уь Каково назна. чение второго ОУ? но Рис. 35,9. 630. Логприфлшческий преоброзозапмль. С помощью рнс.
35.!О покажите, что при комнатной температуре Уо = ~К9 31 18 ~У,??,~У,??,? в предположении, что транзисторы >ад и Яз согласованы, Харакнмрисгпики и применение ОУ \ Г а, о, Ч, Че Рис. 35.10. 6,И, Экспоненципльнмй усилигпель. С помощью унс. 35.11 покавпяте, что Уо е 1"енв/есне1 Ун!0 ! е в~ ", где К вЂ” постоянная, имеющая Размерность вольт, Ч, Чо Рис.
35,11. 6.12. ° Токовая инаегргипер — зарядаеый уеялимель. С мовннцыо уке. 36 1Й покажите, что Tлаао $ Уязг Изи«~+ Пз1 ' У«кгйз11«з+Пз! " "" ' Ч«зг +Чо«,д«,га,! +Ч Н/1«,+П! Рис. 35.13. ! 6.14. Стабпзиаовор положипмльного напр«звени«. С помощью рис. 35.14 пока. жите, что Уо Ух!ге/(1гз+1гз), где Ух-пороговое иаир«жение стабнлитроиа. +Чз О, Чо " 4зг Рис, 35.15, Рис, 35.14, Чо Рис. 35.12 $,!3. Триггер Шмпщпза. С помощью рис. 35.13 покажите, что приведеяиая паточная характеристика получена для данной схемы, причем У$ и по«ни насыщения выходного иаприжеиня усилителя.
Чо Ун пере. Уо- Ур 385 Харакпмристики и применение Обг 5, [5, Стабилизатор положительного напряжения с ро ) рд, С помощью рнс. 35,15 покажите, что 1 "о [гг [! + Иг)Р!). 5,16, Стабилизатор напряжения с паеыщенной нагруючной способностью и ограничением по току. С помощью рнс, 35.!6 покажите, что а) р,= Упав[[+ йг)йз); б) [г.! .„)-1+ — 0,0 В,' в) 11 ! „! ж 600 мВ/ИОЬ! г) для К+ = 20 В [максимум) и Рл [,„! — — 50 Вт транзистора Ое кайдитв приемлемое значение 1ь ! ! [ответ: 2,5 А). [! ь[а ьчз чгзм Рнс, 35,[6.
5.17. И ° Источник настоянного тока, С помощью рис. 35,!7 покажите, что ) !о = Рнзв1рт, пока Ро больше +0,9 В+ [гнцв! б) найдите аналог источника постоянного тока, 13 Соклоф щ 386 Рис. 35.17. $,!8. Прецизионный источник постоянного тока для ропоты при низких олпе. кях тока. С помощью рис.
35.18 покажите, что 10 = )ГнниЖт, пока (го ~ ('инг+ !'„, где (гн — напряжение отсечии полевого трайзисгора с рп-переходом. Йзг)дите аналог этому источнику тока. Почему эта схема называется преннзионным источником тока длк рагюты прн иизних )ров нях тонну Рис. 35.18. 6. !О. ОУ с зегктронпыж рпраееениеи коэффициентом рситкия. Дано: г,г !ом! !000 Ом для 9т.
С помощью рис. 35.!9 а) покажите, что д.|я малых (гг (т. е. (гг меньше напрнження отсечки ноле ного транзистора с рп-переходом) справедливо выражение (прн ув!Вз 'ы сь Оl ! + ( оу ег !Оыд ь ( и!Взг Р) 1! б) найдите Ас „и Ась 1,в,„! (ответ: 101, !). Харакнмристики и применение ВУ не !оо« 1/еии Рис. 35.!9. Ч, 5 20. ОУ с электрон/сым улраелениел~ каза/ф//циентом усиления (рис, 35.20), а) Прн условии что Ун и Уз меньше напряжения отсечки полевого транзн. стара, покажите, что сопротивления сток — исток обоих полевых трен.
знсторов одинаковы и равны гел = (Ун/Уо) йт (для Ун ~ 0), б) Покажите, что при заданных вьппе условиях, коэффициент усиления по наприжеиию, Уо/Уз, можно определ/мь по формуле Уо(Ун = ! + + ()(за~) (1/с/1/и)' в) Прн 1'„,„= 1О В и гс, <Оы!— - 100 0м найдите )!э для диапазона изме. ьення коэффициента уснлейия от ! до 500 (минимум] (ответ: = 50 кОм (минимум).) г) При Ун 2,0 В и Уо — — !О В (максимум) найдите требуемое значение /2ы такое, чтобы г,г, можно было регулнровать вплоть до миннмаль.
ного значения гл, !Ом! (ответ: )сз = 500 Ом), Ур и Рис, 35.20. 5*21. Следя что 1'+ = * дясйип стабалаза/пор напряжения. С помощью рис. 35.21 покажите о= Уннн(!+ Л,/)(з) и Уо= — У(ь т, е. данный стабилизатоР ! нап яже н против Ряжения вырабатывает два напряженна одинаковые по амплитуде веял ивы, шкшш по з ~акт (()тмеж и что приведенные равенства спрн длины, даже если у+ н у- неодинаковы по величине.) 13' Глава б Уо Рис. 35.21.
5.22. Прецизионный фозовраи1атель е высоким вводным и низким выходным аы противлением. С поыощжо рис. 35.22 покажите, что ~ Уо 1/Уе = 1 + Ре/Кс +Ус -ч Рис. 35.22. Характеристики и применение ОУ 6 23, Измерительный усилтпель с высоким входным и низким выходным сопротивлением, С помон!мо рнс, 35,23 покажите, что Уо = (йь/йг) (1 + 2йг(йя) (Уя — Уя), 11г яег Рнс.
35.23. 6.24. Изгмрипяельный усилипмль с высоким входным и ниниьн выходнаем анярп. тивлением. С помощью рис. 35.24 покажите, что Уо = (йг1йя) (Уг — )ся) У4 Рнс. 35.24. 6.25, 3 Экспоненциальный преобразовапкль. С помощью рис. 35,26 а) покажите, что УО = йг)н ехр (-)ея йяl)ст (йя+ йя)) б) и, ) Жк )п — — 1О ыкй, й = 1ОО кОм, й, 150 кОм и йя = 10 кОм пока. -!у И.о в) жите, что 1'о= (1,О В) 10 с~ ' ', т, е, зо нзяяеннетсн и 1О раз при нзмейеннн )ся на 1,0 В н разно 1,0 В прн ус = О. Глава б Рпс, 35.25. 5.25. Схема возведения в степень на основе лоеарифмиравания (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
