Шамшин В.Г. Основы схемотехники (2008) (1151958), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Усилитель мощностиПодключение резистора обратной связи к нагрузке обеспечивает коэффициент усиления по напряжению Ко =- Rос/R1. Необходимый ток нагрузкиопределяется усилительными параметрами транзистора Iн=(h21+1)·Iвыхоу.Таким образом, операционный усилитель может использоваться в качествеусилителя мощности.8.4.6.
КомпараторКомпараторы представляют собой схемы, предназначенные для формирования импульсного выходного сигнала при сравнении по уровню измеряемого входного и опорного (Uоп) сигналов.Для обеспечения эффекта сравнения очень малых сигналов схема должна иметь очень большой коэффициент усиления, поэтому компараторы выполняются на базе операционных усилителей.Принцип действия компаратора основан на том, что ввиду очень высокого коэффициента усиления операционного усилителя его амплитудная характеристика близка к релейной. При наличии разницы между входным иопорным сигналами Uдф = Uоп - Uвх, в зависимости от знака опорного напряжения выходное напряжение достигает максимального значения Uвых=Кдф· Uдф.Простейшая схема компаратора, представляющего собой прямое дифференциальное включение операционного усилителя, и временные диаграммы представлены на рис.
8.18.Рис.8.18. Схема компаратора и временные диаграммы114В приведенной схеме к инвертирующему входу приложено входноенапряжение, которое сравнивается с опорным. Вследствие высокого дифференциального коэффициента усиления при Uдф= Uвх – Uоп >0 выходное напряжение достигает максимального значения UВЫХ=Umax и меняет знак приизменении полярности UВХ.. Недостатком данной схемы компаратора является неустойчивость состояния, вследствие чего возможны ложные срабатывания при воздействии помех или влияния статических погрешностей.Базовой схемой компаратора является схема с положительной обратнойсвязью (рис.8.19).Рис.8.19.
Схема компаратора и его передаточная характеристикаНаличие положительной обратной связи с bК =R1× К > 1 приводитR1 + R2к неустойчивому состоянию ОУ на линейном участке амплитудной характеристики, вследствие чего возникает регенеративный процесс и выходное напряжение скачкообразно изменяется от одного предельного значения к другому: если Uвх > Uоп, Uвыхmax = U+max, а если Uвх < Uоп, Uвыхmin = U-max.Переключение компаратора из одного в другое происходит при достижении входного напряжения уровня срабатывания Uср, а возвращение в исходное – при достижении уровня отпускания UотпU срU + max - U оп= U оп +× R1R1 + R 2(8.33)U отп = U оп +U-+ U оп× R1R1 + R 2maxРазница напряжений отпускания и срабатывания носит название гистерезиса.
Ширина гистерезиса для рассматриваемой схемы равнаU г = U ср - U отп =R1× (U - max + U + max ) .R1 + R 2115(8.34)Из формул 8.33 и 8.34 следует, что изменение величины опорного напряжения Uоп позволяет регулировать пороги переключения при сохраненииширины гистерезиса.Основным параметром компаратора является время переключения –время с момента сравнения до момента, когда выходное напряжение достигнет максимального значения противоположного уровня.Вопросы для самопроверки1. Дать определение операционного усилителя.2.
Привести основные параметры операционного усилителя.3. Сравнить схемы включения операционных усилителей.4. При каком включении операционный усилитель имеет большеевходное сопротивление?5. Привести перечень статических погрешностей ОУ.6. Привести методы уменьшения статических погрешностей ОУ.7.
Почему операционные усилители применяются с внешней отрицательной обратной связью?8. Объяснить работу функциональных схем на основе ОУ.9. Объяснить методы задания режима работы ОУ.10. Сравнить схемы построения усилителей переменного тока на основе операционных усилителей.11. Привести и объяснить работу схем умножения и деления двух входных сигналов на основе ОУ.12. Объяснить принцип работы компаратора.1169.
Избирательные усилителиИзбирательными усилителями называются усилители, предназначенные для выделения определенного диапазона частот. Такие усилители, работающие в диапазоне радиочастот, носят название резонансных, а в ультразвуковом – активными фильтрами. В зависимости от полосы пропусканияразличаются фильтры низких частот, высоких частот, полосовые и заграждающие (режекторные).Рис.9.1.
Амплитудно-частотные характеристикиК фильтрам низких частот (рис.9.1, а) относятся фильтры, пропускающие сигналы от постоянного напряжения до некоторой высшей частоты, называемой частотой среза фильтра.Фильтры высоких частот (рис.9.1, б) пропускают сигналы, начиная счастоты среза.Полосовые фильтры (рис.9.1, в) пропускают сигналы в узком диапазонечастот от ωн до ωв.Заграждающие фильтры (рис.9.1, г) имеют характеристику, противоположную полосовым, и пропускают сигналы с частотой ниже ωн и выше ωв.Основными параметрами фильтров являются:- частота нижнего ωн или верхнего среза ωв для фильтров низких и высоких частот;- резонансная (круговая) частота и полоса пропускания 2∆w для полосовых и заграждающих фильтров;- добротность Q = QRC×Ko = ωo/2∆ω;Добротность колебательной системы - есть отношение энергии, запасённой в колебательной системе, к энергии, теряемой системой за один период колебания.Величина добротности характеризует также и избирательность колебательной системы.
При большей добротности уже полоса частот.117- уровень номинального усиления Ко;- коэффициент затухания – величина обратно пропорциональная коэффициенту усиления d = 1/Ко..По принципам построения избирательные усилители подразделяютсяна усилители с частотно-зависимой нагрузкой, которые предназначены дляработы с частотами выше десятков килогерц, с частотно-зависимыми входными цепями и обратными связями.9.1. Резонансные усилителиИзбирательные усилители, работающие на частотах свыше десятковкилогерц, строятся введением в цепь нагрузки транзистора параллельногоколебательного LC -контура (рис.9.2). Связь каскада с нагрузкой может осуществляться через разделительный конденсатор Ср или трансформатор, первичная обмотка которого используется в качестве индуктивности контура.Рис.9.2.
Принципиальная и эквивалентная схемы избирательного усилителяПринцип работы рассматриваемой схемы основан на использованиисвойств колебательного контура, содержащего индуктивность Lк, емкость Ски активное сопротивление потерь Rк. В целом свойства колебательного контура характеризуются частотой резонанса wо, характеристическим сопротивлением ρ и добротностью Q, определяемые соотношениямиf0 =Q=1L1, r=,= wo L =Cwo C2p L к C к2pLrfo== 2pСRк =.2DfRкRк118(9.1)Характер изменения уровня усиления от частоты соответствует характеру изменения полного сопротивления контураZ к = r × Q / 1 + (Q ×2Dw 2) .wo(9.2)Из формулы определения полного сопротивления контура (9.2.) следует, что на резонансной частоте сопротивление максимально и соответственнокоэффициент усиления каскада Ко= S×Rк также максимален.
При отклонениичастоты влево или вправо от резонансной сопротивление контура Rк уменьшается из-за увеличения шунтирующего действия его индуктивности илиемкости, что и приводит к уменьшению коэффициента усиления каскада. Таккак на границе полосы пропускания Zк/Rк = 0.707, то с учетом формулы (9.2)полоса пропускания определяется как2∆w = wо/Q,(9.3)откуда следует зависимость значения полосы пропускания от добротностиконтура. В общем случае на добротность контура оказывает влияние сопротивление нагрузки, которое включено параллельно сопротивлению потерьконтура Rк.9.2.
Усилители с RC- цепямиИзбирательные усилители, предназначенные для работы в области частот до нескольких десятков килогерц, обычно строятся с использованиемчастотно-избирательных RC-фильтров.Как правило, фильтры низких (ФНЧ) и высоких (ФВЧ) частот реализуются включением во входную цепь соответствующих пассивных фильтров.Рис.9.3. Фильтры низких и высоких частотЗначения верхней fв и нижней fн частот среза для приведенных видовфильтров можно найти из формул определения модуля коэффициентов передачи пассивной RC цепи с учетом значения постоянной времени τ=RC. Для119ФНЧ модуль коэффициента передачи равен К п = 1 + (wt ) 2 , откуда f В =1.2 πτ1wt,откудачастотасрезаf=.Н2pt1 + w 2t 2Непосредственно избирательные схемы - полосовые активные фильтрымогут быть построены с использованием во входной цепи ФНЧ и ФВЧ илизаграждающего фильтра. В большинстве случаев полосовые фильтры строятся с использованием отрицательной частотно-зависимой обратной связи.Как следует из формулы (4.7) отрицательная обратная связь уменьшаеткоэффициент усиления.
При использовании частотно-зависимой обратнойсвязи ее действие проявляется в определенном диапазоне частот. Поэтому начастотах отличных от резонансной общий коэффициент усиления уменьшается. На резонансной частоте влияние ООС незначительно, поэтому усилениедостигает практически своего номинального значения.Для ФНЧ - К п =Рис.9.4. Избирательный усилитель с использованием ООСНаиболее распространенными избирательными усилителями являютсясхемы с применением в цепи обратной связи моста Вина (рис.9.5) и двойногоТ-образного моста (рис. 9.6).Рис.9.5.
Избирательные усилители с мостом Вина120Усилитель с мостом Вина может быть выполнен с отрицательной обратной связью, когда сигнал обратной связи подается на неинвертирующийвход, так и с положительной, при которой мост подключается к неинвертирующему входу.
В последнем случае ООС устраняет самовозбуждение ОУ.Значение квазирезонансной частоты для схемы с мостом Вина равноfo =11.=2p R1R 2C1C 2 2pRC(9.4)Полосовой фильтр, выполненный на основе двойного Т-образного моста, обладающего хорошими заграждающими свойствами, состоит из двух Тобразных цепочек: первая – из резисторов R1 и R2 и конденсатора С3, вторая – из конденсаторов С1 и С2 и резистора R3.Рис.9.6. Избирательные усилители с двойным Т-образном мостомВыходное напряжение на резонансной частоте каждой из указанных Тобразных цепочек сдвинуто по фазе относительно входного напряжения.При этом напряжение на выходе первой Т-образной цепочки отстает отвходного напряжения, а напряжение на выходе второй Т-образной цепочки –опережает входное напряжение.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
