Минаев Е.И. - Основы радиоэлектронники (1266569), страница 64
Текст из файла (страница 64)
Операционный усилитель по существу является разновидностью дифференциального усилителя, отличающейся от последнего тем, что имеет не один, а обычно два каскада, а также тем, что имеет несимметричный выход. На рис. 14.11 приведена схема триггера Шмитта на операционном усилителе. В триггере Шмитта используются усилители без частотной коррекции. Вместо отрицательной обратной связи, обычно применяемой в операционных усилителях, в триггере применяется положительная обратная связь с коэффипиентом передачи напряжения В=Усе/Усма=Щ(Кса+Йа).
Сопротивление Йса бОльше, чем )та в несколько раз или в несколько десятков раз. Следовательно, 6 много меньше единицы, но так как коэффициент усиления операционного усилителя очень болыпой, то всегда 6К)1, а во многих случаях РК»1. От источника положительного напряжения через тс! на диоде (Уг11 создается опорное напряжение, которое вместе с напряжением обратной связи подается па неинвертирующий вход операционного усилителя. Сопротивление тт, включено для устранения раз- а а Рис. 14.!О. Формирование примоугольиых импульсов триггером Шмитта 320 оа Рис.
14.11. Схема триггера Шмитта на операционном усилителе баланса схемы входными токами усилителя. Если входное напряжение равно нулю, то напряжение на входе усилителя, равное разности напряжений на его зажимах, равно напряжению в точке А: ~lл = (/,„+ 6(и„,„— (/,а) . Даже без положительной обратной связи при таком напряжении напряжение на выходе становится максимально положительным. Например, операционный усилитель К!40УД1В имеет коэффициент усиления по напряжению К=8000, максимальное положительное выходное напряжение (/, „=10,4 В, максимальное от.
рицательное выходное напряжение (/,„, = — 8 В при 1/„=12,6 В и /7„=5 кОм. Чтобы выровнять положительное и отрицательное выходные напряжения, на выходе применен ограничитель, состоящий из двух стабилитронов )г)72 и ЛМ, включенных навстречу друг другу. При указанных выше максимальных выходных напряжениях уровень ограничения (/„а=б В. Например, стабилитроны типа КС147А имеют напряжение стабилизации прн малом токе (/„= =4,4 В и падение напряжения при прямом смещении (/а=0,6 В, что дает в сумме уровень ограничения (/„г — — 5 В.
Сопротивление й, не должно быть меньше минимально допустимого сопротивления нагрузки усилителя. Его можно взять равным 5,1 кОм. Для наглядности зададимся также и другими величинами. Пусть (/,„=-06 В, )г,=0,47 кОм, /7„=12 кОм, что дает (3=1/25. Итак, в рассматриваемом случае при и„=0 и,„„=(/„р —— 5 В, а потенциал точки А (/л =(/,„+(1((/,,— (/,„) =06+ (1/25) (5 — 06) = =0,6+0,175=0,775 В.
Если входное напряжение, которое вначале равнялось нулю, постепенно повышать, то при входном напряжении, чуть болыием напряжения (/„=0,775 В, возникает регенеративный процесс переключения схемы и выходное напряжение достигает максимального отрицательного значения. В данном случае с учетом действия ограничителя выходное напряжение и,„„= — 5 В. После завершения регеперативного процесса переключения схемы потенциал точки А изменяется. Он становится равным (/х = =(/~~+(3(П№~ — (/од) =06+ (1/25) ( 5 06) =0376 В Дальнейшее повышение входного напряжения не изменяет выходного напряжения. Оно остается равным и„,„= — 5 В.
Входное напряжение можно повышать до тех пор, пока разностное входное напряжение не превысит предельно допустимого для данного типа схемы. Для микросхемы К!40УД1В' предельно допустимое разностное напряжение ~1,2 В. Следовательно, на вход микросхемы нельзя подавать положительное напряжение, превышающее 1,2+ 0,376 В, Понижение входного напряжения вызывает обратный регенератнвный проц~се переключения схемы от ыв№х=-5 В до и„,х=- =+5 В, когда и„становится немного меньше потенциала точки А, в данном случае равного +0,376 В. Передаточная харак.
м звказ № и34 зл им..,а чг 'а Рнс. 14Л2. Передаточнаа характеристика триггера Шмитта на опера. нинином усилителе Рис. 14.13. Формирование прямоугольного колебания иа сннусои- дального теристика триггера для рассмотревного случая показана' на рис. 14.12. Триггер Шмитта на операционном усилителе можно использовать для формирования прямоугольного напряжения из синусоидального.
При этом можно выключить опорное напряжение, исключив из схемы резистор /сь диод УР1 и соединив нижний конец Йи с землей. При этом с/д=(1/25)5=+02 В, а (/я= (1/25) (-5) = — 0,2 В. Таким образом, подавая на вход схемы синусоидальное напряжение допустимой амплитуды, например 1 В, можно получать на выходе напряжение прямоугольной формы, скачкообразно изменя1ощееся от +5 до -5 В (рис. 14.13), Благодаря регенеративным процессам при переключении прямоугольное напряжение имеет крутые фронты и срезы.
Длительность фронтов получается значительно меньшей, чем при формировании прямоугольного (фактнческн трапецеидального) напряжения из синусоидального двусторонним ограничением. При формировании ограничением наблюдается, кроме того, выпуклость вершины и нижней части прямоугольной волны вследствие нендеальности ограничения. 14.6. МУЛЬТИВИБРАТОР 322 На рис. 14.14 представлена схема мультивибратора на транзисторах. Как и в бистабильной ячейке, коллектор каждого транзистора связан с базой другого транзистора, но связь в мультивибраторе не непосредственная, а через конденсаторы.
° н, а зг и„ Рис. 14 !4. Схема мультивибратора на транзисторах Рис. 14.!5. Временные зависимости коллектораого тока и напряжений на коллекторе и базе в мулваиви- браторс 21' 323 В отличие от триггера, мультивибратор в принципе способен самостоятельно генерировать колебания, близкие к прямоугольным. Следовательно, он является автогенератором колебаний прямоугольной формы. В отличие от !4С-генераторов синусоидальных колебаний, в мультнвибраторах применяется очень сильная положительная обратная связь, в результате чего транзисторы поочередно входят то в режим насыщения, то в режим отсечки.
Возможно также и длительное устойчивое состояние, когда оба транзистора находятся в насыщении. При этом для возникновения колебаний необходим импульс, запирающий один из транзисторов. Следовательно, в мультивнбраторе возможен жесткий режим возникновения колебаний. Мультивнбратор бывает как симметричным, так и несимметричным. У симметричного мультивибратора коллекторные сопротивления в обоих плечах одинаковы, одинаковы также базовые сопротивления и емкости.
Для простоты рассмотрим работу симметричного мультивибратора. Если транзистор ГТ1 открыт и находится в режиме насышения, то в это же время транзистор УТ2 заперт. При этом правая обкладка конденсатора Са! соединена через !тнз с источником питания, а левая соединена с базой транзистора ЧТ), Протекающий зарядный ток поддерживает потенциал базы транзистора Ъ'Т! на уровне, близком к ива=0,8 В, вполне достаточном, чтобы УТ1 находился в режиме насыщения.
Напряжение база — эмиттер не может стать заметно большим этого напряжения из-за ограничивающего действия экспоненциальной входной характеристики транзистора и ограничения тока резистором утка. Конденсатор заряжается до напряжения !т'„— ивз!, где пню=0,8 В. После окончания заряда конденсатора Са! напряжение исз! остается примерно таким же и поддерживается за счет тока через !тз!.
(14.13) где Трарр =ЛаСа. (14.15) Постоянная времени разряда должна быть не менее чем на порядок больше постоянной времени заряда. Зто необходимо для того, чтобы один из конденсаторов Ср полностью зарядился (за время, равное нескольким постоянным времени заряда), пока другой конденсатор разряжается и держит запертым «свой» транзистор.
Транзистор отпирается, когда ис(1) =0,6 В. Следовательно, полупериод прямоугольного колебания, генерируемого симметричным мультивибратором, можно найти из равенства — 0,6= Ц вЂ” 2Ц (! е-о,зтггр„,р) Отсюда е»с Рт~ "р,»= 2(1«1(11« — 0 6) . Пренебрегая напряжением 0,6 В по сравнению с напряжением 11„, получаем Ты 2(!п 2) Тр«ар=1,4Траэр. (14.16~ Во время и после окончания заряда конденсатора Сю транзистор УТ2 остается запертым напряжением на конденсаторе Срн эарядившемся в предыдущий полупериод.
В самом деле, если Ср» зарядился до напряжения У„ — ивам то все это напряжение приложено между базой и эмиттером 7Т2, так как потенциал левой обкладки конденсатора, равный напряжению коллектор в эмиттер насыщенного транзистора УТ1, очень близок к нулю. Чтобы транзистор 7Т2 открылся, необходимо, чтобы конденсатор Срз не только полностью разрядился, но н частично переаарядился до напряжения иваз=0,6 В, при котором 7Т2 становится проводящим. Как только транзистор УТ2 начинает проводить, его коллекторный потенциал падает, что через конденсатор Сю передается на базу 7Т!, Последний переходит в активный режим. Возникающий при этом регеперативный процесс быстро переключает схему из одного квазиустойчивого состояния в другое, при котором 7Т! находится в режиме отсечки, а УТ2 — в режиме насыщения.
На рис. 14.15 приведены зависимости коллекторного тока и напряжений на коллекторе и базе транзистора УТ!. Аналогичные зависимости для транзистора МТ2 имеют такой же вид, но сдвинуты по фазе па половину периода. При заряде конденсатора ис (1) = — 0,8+ У„(! — е-пт-р), (14.12) где Тра р = й к Сб. При разряде конденсатора ис(1) =Бр-2()р(! — е — ог;.,), (14.14) Данное выражение выредепо "е в предположении мгновенности переключения транзисторов и не учитывает времени на рассасываиие зарядов, накопленных в базе. Из описания работы следует, м Юаа что каждый из конденсаторов в процессе работы изменяет полярность напряжения.
На схеме же (см. Рис. 14.14) указана вполне определенная полярность напра- рис. !4.1Б. схема ждущего мультжений па обкладках конденсато- вибратора ров по двум причинам: 1) бочьшую часть времени конденсаторы заряжены как показано на схеме; 2) указанная полярность является условно положительной, 14ЛЬ ЖДУЩИЙ МУЛЬТИВИБРАТОР Ждущим называется мультивибратор с одним устойчивым состоянием. Схема ждущего мультивибратора показана на рис. 14.16. Он запускается положительным импульсом, подаваемым на базу первого транзистора через конденсатор. Прежде чем начать работать, мультивибратор «ждет» запускающего импульса. До прихода запускающего импульса транзистор уТ! заперт вследствие того, что напряжение на его базе меньше напряжения на базе )гТ2, и эмиттерный ток транзистора РТ2 создает на 1с, напряжение, запирающее транзистор РТЕ Запуск можно также осуществить подачей отрицательного импульса на коллектор транзистора РТА Приход запускающего импульса вызывает регенеративный процесс переключения схемы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
