Изъюрова Г.И. Расчёт электронных схем. Примеры и задачи (1987) (1142057), страница 47
Текст из файла (страница 47)
12.5, а). Задавая коэффициент усиления схемы с помощью резисторов К, и Кз, можно получить минимальный коэффициент нелинейности, определяемый формулой ) 15) где К = 1+ (Кз/К,) — коэффициент усиления неинвертирующего операционного усилителя с обратной связью; К „ою К от — входное и выходное сопротивления операционного усилителя с обратной связью соответственно. Полагая, что 1 — К + — + К» + К»ьвоу =О, и учитывая, Се 'Кв»оу что К оу/К»оу +О после несложных преоброзовангй найдем отношение Кз/Км при котором коэффициент нелинейности близок к нулю: Кз С К. — = — + — — —. Со К»»ок Значение минимального коэффициента нелинейности определяется разбросом номиналов резисторов Кь К, и входного сопротивления К»» от.
Схема на рис. 12.5,а имеет высокую нагрузочную способность, так как сопротивление К от мало. С помощью источника напряжения смешения Ее в этой схеме можно измешпъ начальный уровень выхоШюго напряжения: ('»»»»пал ЕОК2/К» (12.27) Амплитуду выходного напряжения 1У„можно определить из формулы (12.23). Время обратного хода г,г — — гэ — гз в схеме рис. 12.5,а лая ю определяется, так же как и в схеме рис. 12.4,а, разрядом конденсатора С через открытый транзистор, находящийся в активном режиме (рис. 12.5, б): 1,~, ю г„/ * — 1 В момент времени гз диод открывается и конденсатор Се подзаряжается с постоянной времени т = Се (Я„+ нд) ге Сейм (1229) (12.28) где ʄ— сопротивление нагрузки закрытого оконечного каскада операционного усилителя.
Время восстановления исходного состояния схемы, согласно м, Ь(/ ~вас«г — ~вскст (1230) где Ь(/ = гяЕ„~1 + 1/(5 — 1Н/(Сей„). (12.3 1) В настоящее время широко используются генераторы линейно изменяющегося напряженна с отрицательной обратной связью, выполненные на операционных усилителях. На рис. 12.6, а представлена схема автоколебательного генератора пилообразного напряжения, в которой отрицательная обратная связь в операционном усилителе О Ух осуществляется с помощью интегрирующего конденсатора С. При этом входная емкость ОУх увеличивается в 1+ Кот раз.
Временные диаграммы работы схемы представлены на рис. 12.б, б. Операционный усилитель ОУ~ работает как компаратор напряжения, срабатывающий в тот момент времени, когда напряжение на его неинвертирующем входе (/з переходит через нуль. Напряжение (/„в свою очередь, зависит от напряжения на выходе схемы о', При напряжении У ~, = Е„выходное напряжение (/,, изменяется почти по линейному закону 11„в„(т),Е~ рКор (1 — е -«Лэ«в) я: — Е+ „—, (12.32) В выражении (12.32) т = ЕС„, = ЕС(1+ Кот) «е тКот, так как диод Д закрыт.
В момент времени р, напряжение С«достигает значения 0в о= — Ет+ртм(т, (12.33) при котором 1«з становится равным нулю, т. е. ~'т = ! 11«вво!+(Ев«р+ ! С«вы«о!)у = 0«(1234) где 7 = ЕДА«+ Е4)' Напряжение 1У „~(т1) компаратора скачком изменяется от значения Е+, до Е „, и после момента времени тт напряжение ц изменяется почти по линейному закону от У,в о до Г+,о. Амплр«туда выходного напряжения схемы ! Ц ! = ! (у. о ! + Ц" о = (ЕАр +! и о !) т а/т', где т' (Е, !! Ех) С, так как диод открыт. Из этого выражения следует, что ' =' =Е+ !и- !.
! 11„!т' (12.35) Е+ +!и;,! При достижении напряжением У уровня У+ о будем иметь и, = и+, — Ц Е.— !+ и+,) у = О. (12.3б) Компаратор ОУ, срабатывает, его выходное напрюкение в момент времени тз изменяется скачком от значения Е, до Е+ а выходное напряжение схемы после момента времени Гх линейно падает от значения У+ о до У о. Амплитуда выходного напряжения схемы определяется вЫражением ! 1У„! = и' о+ ! 1У- 0! = И Е„-р ! + ий „о) т„/т откуда т з = тр«о = 1Гмтl(! Е««т! + 11+ *О).
(12.37) в «р«р + "рв«в гв«р Рис. 12.б Из выражений (12.34) и (12.36) найдем, что Ко О!= Е,„р Кз 1' вывр = ! Еогр ! Кз (12.38) (12.39) а следовательно, амплитуда выходного сигнала Иы = ! 1'выве ! + (ерыве = (Еогр+ !Еогр!)КОУЗ При Е', = Е р = Е получим ! новые ! = У+ а Сгвг = 2ЕырК4(КО. (12.40) Подставляя величину (г" из выражений (12.40) в (12.35) и (12.37), определяем длительности: г,е = 2ту = 2КвС К4 КО+ Ко' ей = 2т'у = 2(Кв !! Кз) С . (12.42) Кв Кз+ К4 ПРИМЕРЫ И ЗАДАЧИ Решение Поскольку заданный коэффициент нелинейности превышает 5 /, можно воспользоваться схемой генератора, изображенной на рис. 12.2,а Для обеспечения минимального коэффициента нелинейности транзисторы, используемые в таком генераторе, должны иметь большое допустимое напряжение коллектор — база Егыв,„и работать при малых токах. Выбираем транзистор типа МП111, для которого (У, = 20 В.
Транзистор может работать без существенного снижения коэффициента усиления при токах 14 го = 10. 1кве 300 мкА. 12Л. Выбрать схему и рассчитать элементы генератора линейно возрастающего напряжения, обеспечивающего при отключенной нагрузке следующие характеристики выходного сигнала: К„= 10;~„р,ер — — 5 мс, 1'„= 1,5 В, Время нарастания линейного напряжения должно определяться длительностью прямоугольного импульса р„= 10 м/с, поданного на вход генератора.
Амплитуда сигнала и внутреннее сопротивление источника соответственно равны Е„= -5 В, К„= 1 кОм. Температура окружающей среды 20 — 60 'С, Определяем напряжение питания, обеспечивающее заданные значения У„и К„: Е„= 11ч!К, = 15 В. Проверяем выполнение условия Е„< ~У, Находим номинал резистора в коллекторной цепи: К„= Е„/ (1„ы„= 54 кОм. Принимаем К„= 51 кОм.
В соответствии с формулой (12.12) степень насыщения транзистора для обеспечения заданных величин г„н г,з„должна быть равной 5=с„(г +1=3. Так как К. )) Е Кя' то отстода Ке = ))К„/Я = 170 кОм. Средняя мосцность Р„рассеиваемая на транзисторе, не должна превышать допустимого для данного типа транзистора значения Р = 150 мВт. В данном случае Е, Е«1 г,ге = 120 мВт. ~~Кг + Км.з Ке/ г + заир Согласно формуле (12ЛО), определяем емкость конденсатора, обеспечиваюпбчо заданный коэффициент нелинейности: С= — -= О,Я мкФ. К„К„ Разделительный конденсатор Св должен успевать разряжаться к приходу следующего входного импульса.
Следовательно, для обеспечения минимального периода следования вход~ы~ импульсов Т= г„+ г,ег необходимо, ~тобы с,~ — ~ — -~ ь. 3 (К„+ К,„,) С другой стороны„за время действия входного импульса напряжение на базе транзистора, которое вследствие заряда Ср с постоянной времени т =1К,+Ке)С„ Е„+ Е стремится увеличиться от значения -Е', = -Е, + " К„ К,+ Ее до значения Е„+уквейе, должно остаться отрицательным во избежание преждевременного отпирания транзистора.
Для этого необходимо выполнить условие Ек+ 1кнкйэ+ Е. г„<тк, !п Е. + 1к~эвэ 17ннр.т откуда, полагая, что Ек ~ 1кээйэ, Унн„к = 0,7 В, находим С > Гк ж0,3 мкФ. (Ег + кб) )и Ек+ Е, к — нн,|.к Принимаем С„= 0,5 мкФ. 12.2. Как изменятся амплитуда выходного напряжения и коэффициент нелинейности генератора пилообразного напряжения, выполненного по схеме рис. 122, а, при подключении резистивно-емкостной нагрузки Кн и Сн? Решение С учетом нагрузки ток через эквивалентный конденсатор Сх = Ск + С в момент времени г, скачком возрастает до значения 1с(гк) = Ек/Ек а затем спадает по мере заряда конденсатора Сх с постоянной времени , = (Ек 1 Ен) (Сн + С), достигая в момент времени гэ значения 1с(Гэ) =(Ек)К ) е Таким образом, коэффициент нелинейности Кн = 1 — Е-' ккк„ (12.43) За время действия входного импульса напряжение ва выходе возрастает с постоянной времени т, от нуля до максимального значения, т.
е. йнк 1г„(г„)=У.= " (1-е "). К +Ян После несложных преобразований получаем м ~к+ ~н ~м +~к Ек Е„ (12.45) Из формул (12.44) и (12.45) следует, что при подключении резистивно-емкостной нагрузки амплитуда выходного напря- жения уменьшается, а коэффициент нелинейности возрастает, т. е. параметры схемы ухудшаются. 12.3. Выбрать схему и рассчитать элементы генератора линейно падающего напряжения (см.
рис. !2.3), обеспечивающего при отключенной нагрузке следующие характеристики выходного сигнала: б'„ = 5 В, Е, = 6 В, рп = 1О мс, г,г = 1 мс, К„= 1;,к„Б = 2. Амплитуда напряжения и внутреннее сопротивление источника сигнала соответственно равны Е, = 8 В, К, = 1 кОм. Решение Выбор типа транзисторов в данной схеме не вызывает особых затруднений.
Обычно используют однотипные (для компенсации влияния обратных токов) маломощньре высокочастотные транзисторы, удовлетворяющие следующим условиям: -лэкаппп» 1 с(0) Ек 1эпэппэп » ~Ем Выбираем транзистор тлпа )СТ325А.с параметрами: () = = 20+60, 1, = 30 мА, Ока = 15 В, 1Геээм, 4 В, Р (60 С) = 225 лиВт, 1квр(60'С) = 0,5 мкА. По выходным характеристикам данного транзистора, включенного по схеме ОБ, находим, что гк = 1 МОм. Из формулы (12.19) определяем емкость конденсатора: С = = 1„/(г„К„) = 1О мкФ. Из формулы (12.18) находим ток эмиттера 1,ь необходимый для обеспечения заданного значения У ." уэ2 ЕэФэ = кэмСФзгп) = 5 мА ~ Хк.кпп. Задавая напряжение смещения Е, = 1 В, будем иметь Е, = =2 кОм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
