Герасимов В.Г. (ред). - Электрические измерения и основы электроники (1998) (529641), страница 32
Текст из файла (страница 32)
Для идеального ОУ ( К~ =~о, й „= е, К „=0 ) коэффициент усиления неинвертирующего усилителя можно найти из следующего соотношения: (У вЂ” вых ! о.гкуда В Л1 +я2 (3 61) Рис 3 38 Схема ввеняв(яФЙффйМцвго Усилителя 1б9 Рис.3 39 Схема инвсртирующего усилителя При построении инвертирующего усилителя (рис.3.39) входное напряжение и напряжение обратной связи подаются одновременно на инвертирующий вход„а другой вход (неинвертирующий) обычно заземлен. Для идеального ОУ, когда можно пренебречь входным током ~„, . входной ток ~1 инвертирующего усилителя примерно равен току обратной связи 1~. С учетом направлений токов на схеме рис.3.39 справедливо принять уравнение 11 = — ~2 . Поскольку для идеального ОУ потенциалы инвертирующего и неинвертирующего входов можно считать одинаковыми, то можно считать, что и„„=А11~, а и„„„=Я~12, а следовательно и„/Я1= — и„,„И2.
Из этого уравнения следует: Ки— (3.62) ии— Таким образом, коэффициент усиления неинвертирующего и инвертирующего усилителя зависит только от соотношения сопротивлений резисторов Я1 и М~ и не зависит от коэффициента усиления самого операционного усилителя. Поэтому коэффициент усиления таких усилителей очень стабилен, Выбирая соответствующим образом значения сопротивлений А ~ и А~ можно обеспечить необходимый коэффициент усиления Кцв и К~„. Рис.3.40. Схема сумматор» 170 1'1 + 11'+ 1'1'= — 12. (3.63) Учитывая, что 11 = ивх 1~~1 11 = ивх2!~1 11-= ивх34%", а 12=ивы Ж получим ~гг х — и 1 ивх2 " 3) + + А1 (3.64) Таким образом; выходное напряжение пропорционально сумме входных напряжений.
На рис. 3.41 изображена схема дифференцирующего усилителя. Нетрудно показать, что для идеального ОУ: ~1=С йив„/сй„а ~2=и„„И, поэтому, учитывая, что 11 — — — 12, получим ивмх= — ЯС 1и /сй. (3.65) Для интегрирующего усилителя (интегратора) (рис.3.42) справед- ливы соотношения: 11 = ив,(К и1 =Сйи„„ЛЙ, поэтому и„„х= — — ~и,„й. 1 (3.66) АС 11 Л Рис 3 41 Схема дифференцирующе- ге усилителя 1'яс, яс 3 42. СхемФ'иитегр~фующего ус . . силителя 171 На основе ОУ можно построить устройства, выполняющие любые математические операции, например, сумматоры. Для этого несколько входных сигналов (например, три на рис.3.40) через резисторы с одинаковыми сопротивлениями Л1 одновременно подаются на инвертирукщий вход ОУ.
Полагая, что входной ток 1в ру 0, можно составить уравнения по первому закону Кирхгофа: Как будет показано в гл 4, интеграторы часто используются в ге. нераторах линейно-изменяющегося напряжения (ГЛИН), так как прн подаче на их вход постоянного напряжения, на выходе интегратора можно получить линейно-изменяющееся напряжение Избирательные усилители Операционные усилители могут исполь. зоваться для создания специальных избирательных усилителей с очень узкой полосой пропускания, предназначенных ддя выделения «полез ных» сигналов определенной частоты У таких усилителей отношение верхней и нижней граничных частот составляет /' //'„„=1,001 — 1,1 Такой усилитель можно построить на основе ОУ с использованием в цепи обратной связи различных частотно-зависимых АС-звеньев Прн мером может служить двойной Т-образный мост, схема которого при ведена на рис 3 43,а Можно показать, что коэффициент передачи двойного Т-образного Ф моста Д=~' „Л;„„резко зависит от частоты При ж -+ О,~ — >1, так как на очень низких частотах сопротивления конденсаторов становятся большими н все напряжение ив,„через «верхний» ординарный Т-образный мост (К, 2С, М ) передается на вход усилителя в виде напряжения обратной связи Ь~, На очень высоких частотах при о -+ о, Р -+ 1 вследствие того, что сопротивления конденсаторов становятся малыми и все напряжение через «нижний» ординарный Т-образный мост (С, А/2, С ) передается на вход усилителя На квазирезонансной частоте жо=1ИС ко'эффициент передачи 1) =О, поскольку на этой частоте каждый из одинарных Т-образных мостов, из которых состоит двойной Т-образный мост, имеет равные по модулю и противоположные по фазе коэффициенты передачи и их выходные токи взаимно компенсируются, так что и„=О Частотная зависимость коэффициента передачи двойного Т-образного моста приведена на рис 3 43.6 М Р ~о О а/ б/ Рис 343 С~ема двойного Т-образного моста ( и ) и частотная завися~ мость е~ о лоэффнцнента передачи ( б ) 172 Коэффициент усиления избирательного усилителя с двойным Т-образным мостом в цепи отрицательной обратной связи (рис 3 44) выражается через параметры усилителя и цепи обратной связи ~3 б7) где Я вЂ” комплексный коэффициент передачи цепи обратной связи Анализируя это выражение, можно установить, что на частотах со =О и га =00 к.,=) х~ (=~, а на квазирезонансной частоте при (3 =О Е„=К >1 Амплитудно-частотная характеристика избирательного усилителя с двоиным Т-образным мостом в цепи обратной связи показана на рис 3 45 Она построена на основании уравнения (3 67) с учетом зависимости коэффициента передачи р от частоты 0,7К 1 а !73 рис 3 44 Слема избирательного уси- лителя с двойным Т-образным мос- том в цепи отрицательной обратной .вязи "ис 3 45 Амплитудно-частотная ха- Р"ктеристика избирательного усили- теля ~ос К Рис 3.46.
Схема избирательного уси- ли геля с интегродифференцирующей обратной связью Избирательные усилители с двойным Т-образным мостом в цепи обратной связи хорошо работают на квазирезонансных частотах от единиц герц до нескольких мегагерц. Их избирательные свойства зависят от коэффициента усиления К: чем больше этот коэффициент, тем лучше усиливается полезный сигнал по сравнению с очень низкими и очень высокими частотами.
Такие избирательные усилители легко могут быть выполнены с полосой пропускания ~в -~н 0 1 — 0 005 На рис.3,46 приведена схема избирательного усилителя с ннтегродифференцирующей обратной связью ( Я!, С!, С2, К~). Такой усилитель имеет частоту каазирезоиаиса ие=!О~Я й С ь, иа которой зиа- 2 1 2 чение коэффициента усиления максимально: К с=К= (3.68) зь ! (С!+С2) Как видно нз выражения (3.68), коэффициент усиления избирательного усилителя не зависит в явном виде от коэффициента усиления К! операционного усилителя.
Важно только, что Х у»! з обычно достаточно Х, у >10000-:-100000. Задача 3.25. Чему равны выходные напряжения неинвертирующего (рис.3.38) и инвертирующего (рис.3.39) усилителей, если су'„х= =0,2 В, Я! =500 Ом, Я2 =5 кОм? Р е ш е н и е. Коэффициент усиления неинвертирующего усилителя К~„=1+А~И! =11, поэтому Ь;„„=2,2 В.
Для инвертирующего усилителя К!; „= — Я2И! —— — 10 Выходное напряжение этого усилитеЛЯ Задача 3.26.* Определить коэффициенты усиления инвертирующего и неинвертирующего усилителей для четырех вариантов: !) К! =1 кОм; К~ — — 15 кОм; 2) К! — — 2 кОм; К~ —- 20 кОм; 3) К! =0,5 кОм; К~ =10 кОм; 4) К! — — 400 Ом; К~ —— 16 кОм. Ответы приведены в таблице Задача 327. Рассчитать сопротивления К'!, К",, К',", резисторов сумматора, обеспечивающих следующую зависимость выходного напряжения и„,„= — (3 и,„!+!5 и„з+5 ицхз). Сопротивление резистора обратной связи К~ =150 кОм. Ответ: К'! — — 50 кОм; К!' = !О кОм; К"'=30 кОм. Задача 3.'28. Найти зависимость выходного напряжения сумматора, если К'! =1 кОм, К,"=0,5 кОм, К,"'=2 кОм, а К~ —— 1 кОм. Отве и„„,= -( ~ !+ 2 ицх~+ 0,5 ивхз). КОММЕНТАРИИ К ПРАВИЛЬНЫМ ОТВЕТАМ НА ВОПРОСЫ ГЛАВЫ 3 3 1 2.
На первый взгляд, повышающий трансформатор можно считать усилительным устройством, так как его выходное напряжение больше входного Но принципиальным для усилителей является то, что выходной сигнал имеет значительно большую мощность, чем входной сигнал, причем увеличение мощности усиливаемого сигнала происходит за счет энергии источника питания усилителя В повышающем же трансформаторе выходная мощность не больше входной, а даже несколько меньше за счет потерь энергии в электрических проводах и в ферромагнитном сердечнике. Поэтому повышающий трансформатор никак нельзя считать усилителем 3.2.2.
КПД усилительного каскада определяется формулой (3.31). Из рис.3 18 видно, что амплитуды переменных составляющих коллекторных напряжений и тока в режиме А меньше соответствующих постоянных составляющих, т.е. У „, <(,'0 и 1 < У . Следовательно, КПД Усилительного каскада в режиме А всегда меньше 0,5 В действительности он редко превышает 0,35 и лежит в указанном диапазоне 0,25< г! <0,5, 175 3.3.1. Действительно, кривая 7 представляет собой АЧХ УПТ. В отличие от АЧХ усилителя с резистивно-емкостной связью она не имеет завала (спада) на нижних частотах, так как этот завал обусловлен влиянием конденсатора связи, который отсутствует в УПТ. Что касается завала АЧХ на верхних частотах, то он одинаков у обоих типов усилителя, т.е.
он обусловлен влиянием емкости коллекторного р-и-перехода биполярного транзистора и монтажной емкости подсоединительных проводов, а эти емкости одинаковы у обоих типов усилителя. с Глава четвертая ЭЛЕКТРОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ 4.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ ГЕНЕРАТОРОВ Электронным генератором называют устройство, преобразуюшее энергию источника постоянного тока в энергию электромагнитных колебаний различной формы требуемой частоты и мои!ности Различают электронные генераторы гармонических (синусоидальных) и импульсных (релаксационных) колебаний.
Электронные генераторы гармонических колебаний нашли широкое применение в промышленной электронике. Их используют в приборах для контроля состава и качества различных веществ, установках для высокочастотного нагрева металлов, сушки и сварки диэлектриков, химической обработки изделий и т.д. Эти функциональные устройства являются одной из составных частей измерительных приборов и автоматических систем. Электронные генераторы гармонических колебаний классифицируют по ряду признаков, основными из которых являются частота и способ возбуждения. В зависимости от частоты генераторы подразделяют на низкочастотные (0,01 — 100 кГц), высокочастотные (0,1 — 100 МГц) и сверхвысокочастотные (свыше ! 00 МГц).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
