Импульсные устройства на операционных усилителях (775185), страница 4
Текст из файла (страница 4)
При этом обеспечивается устойчивость ОУ при его включении по схеме повторителя (см.рис, 1.4,а) или по любой другой схеме, где коэффициент передачи сигнала с выхода ОУ на его вход меньше или равен единице и отсутствуют дополнительные фазовые сдвиги. В некоторых случаях, когда цепь 19 обратной связи ОУ содержит усилительный элемент (см„например, рис. 3,3), для сохранения устойчивости может потребоваться увеличение емкости конденсатора или введение в схему дополнительных цепей коррекции.
Скоростная характеристика ОУ определяется передаточной характеристикой входного дифференциального каскада, причем для каскада на биполярных транзисторах С~иВЬ- ~~ ~~ б~ах б' ~Фг а для каскада на полевых транзисто ах 1и~„„П,а~ „„~,,„и~„ гу~ 'х В любом случае максимальная скоростьУ~д„.=~~~б . Следует отметить, что при использовании каскада на биполярных транзисторах увеличением Х нельзя добиться увеличения К~ „, так как увеличение коэффициента усиления каскада, пропорциональное 7у, треб)ет во столько же раз увеличить емкостью . В отличйе от этого в каскаде на полевых транзисторах коэффициент усиления пропорпионален Г~, следовательно, и требуемая емкость должна быть увеличена пропорционально ~/~~ .
При этом оказывается пропорциональной,Й' и, следовательно, увеличивая ~',можно добиться увеличения быстродействия ОУ. 4. Выходной каскад ОУ должен обеспечивать высокую нагрузочную способность, широкий динамический диапазон выходного сигнала, малый уровень искажений. Поэтому его обычно выполняют по двухтактной схеме повторителя на комплементарных транзисторах с цепями зашиты от перегрузок. Подключение повторителя к выходу интегратора облегчается тем, что источник тока нагрузки интегратора одновременно выполняет функции элемента, задаюшего ток 23 через диоды смешения Д1 и Д2.
Глава 5. ГЕНЕРАТОРЫ ЛИНЕЙНО ИВМЕНЯЮШЕГОСЯ ВО ВРЕМЕНИ НАПРЯЖЕНИЯ Линейно язменяюшимся напряженнем (ЛИН) называют импульсы (рис. 5,1), фронт которых содержит линейно изменяюшийся во времени участок. Линейно изменяюшееся напряжение часто называют также пилообразным,ьли напряжением развертки, поскольку одним нз главных его применений является линейная временная развертка луча в электронно-лучевых трубках.
Основными параметрами ЛИН являются (см.рис. 5.1): начальный УРовень ЕУд — — м'. (б а ); амплитУдаЕlд~=~Ы(б!7 — Ы('бо)! 7 20 длительность прямого хода 2"дх = ~ -бд, длительность обратного хода 2дк = 6~ — бр , .скорость изменения ЛИН на интервале прямого хода ба'' (б. ), (Еазом а б~ ); начальная скорость изменения ЛИН Ы (1а); коэффициент нелинейности и Ю-и'И,7 ~ 77кй'д л~,~.7 Способы формирования ЛИН основаны на ис пользовании аналогового М интегратора, на входе которого действует постоян- У ное напряжение щ,=кОюуб. При этом обеспечивается О.
Е'м. 2д постоянство (или приблизвтельное постоянство) тока, заряжаюшего (или разряжаюшего) интегри- Рнс. 5,1 руюшей конденсатор. В большинстве случаев при анализе работы генераторов ЛИН (ГЛИН) допустимо пренебрегать инерционностью и нелинейностью цепей формирования прямого хода ЛИН, полагая, что на интервале 1а ... ~Г выходное напряжение удовлетворяет линейному дифференциальному уравнению первого порядка с постоянной правой частью. Решение такого уравнения с учетом начального условия можно представить выражением ьцб7=и,т-си.'Я 7 Г У-ехр(' ф)~, (5.1) где Т - эквивалентная постоянная времени зарядной цепи, Положительное значение с' соответствует случаю, когда цепь устойчива, при этом скорость|й,'(б ) ) изменения напряжения на выходе ГЛИН монотонно затухает, а само напряжение асимптотически стремится к уровню 5г =ЕУр ~" ь'ь~ (око 7 ° Отрицательное значение ь' возникает при неустойчивой цепи, при этом)ух'Й.) ( монотонно нарастает, В обоих случаях максимальное отклонение й."( б ) от начального значениял~йэ7 достигается при к= ~~, Поэтому выражение для коэффициента нелинейности в обшем случае можно представить в виде Ь- '7, '7 =/,Р /™ (..) Высокая линейность прямого хода ЛИН достигается при условии 2~ух/р ск .у .
При этом выражение для ф' можно упростить, аппроксимвруя экспоненту по формуле Маклорена линейной функцией е Бу Рис. 5.2 Е, -Г Рис. 5.3 23 22 ф~= 2)7х /8 . (5.3) Часто непосредственное определение эквивалентной постоянной времени затруднительно, в этом случае величину ф. целесообразно связать с отклонением от начального значенйя тока Кд, заряжеюшего конденсатор интеграторе. Производя в (5,2) подстановку Ю Ю=Е ° (г//с', получаем г' Ях)-~',9о) ( 5.'$) РФ к' гб По типу используемого интеграторе различают ГЛИН с формирователем тока, с параллельной ПОС, с последовательной ПОС и с емкостной ООС, Лля возврата интегратора в начальное состояние в схему ГЛИН вводят электронное ключевое устройство, выполненное на диодах, транзисторах, тирнсторах, ИС и др.
Весьма удобно в схемах ГЛИН в качестве ключа использовать ТТЛ-инвертор с открытым коллектором на выходе, схема которого представлена на рис. 5.2,а. На рис, 5,3 .„5,5 этот же ключ изображен условно, в соответствии с требованиями ЕСКБ, ГЛИН с резистивным ормирователем тока ( ис. 5.2,а) До прихода коммутируюшего импульса (ге'бл) выходной транзистор юпоча ~73 насышеп. При этом начальное напряжение Е~~ (рис.
5.2,в), определяемое У~~,~д~, не превышает десятых долей вольта, Отрицательный импульс, поступаюший на вход ключа (рис, 5,2,б), запирает транзистор Р73 на время прямого хода, обеспечивая заряд конденсатора С током через резистор М . Эквивалентная постоянная времени зарядной цепи д =Хо'. Основные параметры ЛИН в соответствии с выражениями (5.1)...(5.4) определяются соотношениями ~4=(-'); 'Й,) =г'.й.УС =Е/~С, (/=е(~-ехр~ х„„/ас)); ~-„=~ „/ас =и /р По окончании коммутируюшего импульса в момент времени гв ~ у транзистор р'7З открывается, переходит в активный режим, и конденсатор С на интервале обратного хода (э' я 6 я-6~ ) РазРЯжаетсЯ Разностью токов г, - г,б, В моментйэ~ятРанхь знсторг" 7"Я входит в режим йасышения.
Недостатком рассмотренной простейшей схемы ГЛИН явля- ется низкая линейность, малая по отношению к напряжению источника питания Е амплитуда генерируемого импульса, низ- кая нагрузочная способность. Последний недостаток можно устранить, подключив к выходу буферный повторитель, как по- казано на рис, 5.2,а, однако введение в схему ОУ можно сде- лать более эффективным, используя интеграторы компенсецион-.
ного типа, ГЛИН с па ллельной ПОС ( нс. 5.3 а В исходном состоянии (ляЕа) 'юпоч замкнут, при этом ИгЯэ)=Р н,согласно (1 ЗФа =И-(чо) = Есч ~~/Кк . На интервале действия коммугируюшего импульса (рис. 5.3,б) клиж размыкается н конденсаторС заряжается суммарным током Г Й)=г (6 ) +гк (~ ) (см рис. 5.3,а). Раскрывая значения токов г (~) и йКГ1), получаем Е--г~,(В и(4-г«Ю ,М-, ' + где с учетом (1.3) Ж~(М= Ыо + У~с Й1( /~ ~У/А~Г,). Подстановка (5,5) в (5.4) позволяет получить выражение для коэффициента нелинейности из которого следует, что условие йдеальной работы ГЛИН со- впадает с условием (3.2) правильной работы интегратора. При его выполнении скорость нарастания ЛИН и его амплитуду мож- но найти по формулам и 'й~ = Ы-Г„) Р+ ~Фг., 1 =ЮГ 6 ~ . =~ 'Ю(-',, Процесс формирования обратного хода ЛИН в схеме с па-' раллельной ПОС по сушеству не отличается от аналогичного процесса в рассмотренной ранее простейшей схеме ГЛИН, ГЛИН с последовательной ПОС ( ис.
5,4) Из рис~ 3.4,6 видно, что для реализации ГЛИН данного тити необходим источник постоянного напряжения с двумя изолированными от обшей шины полюсами, что создает определенные конструктивные трудности, На практике источник заменяют конденсатором большой емкости (конденсатор С1 в схеме рис. 5.4,а). Вследствие того, что конденсатор на интервале прямого хода разряжается, скорость нарастания напряжения обратной связим' кс,)в точке А меньше скорости нарастания выходного напряжения Я. ('в), Чтобы скомпенсировать это явление повторитель схеьяя(рис.
3.4,6)заменяют на усилитель с коэффициентом усиления больше единицы (аналогичный усилителю в схеме ГЛИН с параллельной ПОС), В исходном состоянии ( юя кд) ключ замкнут, обеспечивая Я„(6е) =О и Уа = Е~ (б„) = -ЕсмК~~Ях. На левой обкладке конденсатора С1 за счет диода Д устанавливается потенциал источника питания Е, т.е, й~~ (к~) хЯ (см.рис. 5.4,6). В момент па по ключ запирается и конденсатор С начи пает заряжаться током через резистор Я . Начальное значение этого тока 8г Йа~ э~/Я . Приращение напряжения Е/й, усиленное вА' раз (К = 1 +Як ), с выхода ОУ через конденсатор С1 передается в точку А. Пиод П закрывается, после чего токи, перезаряжаюшие конденсаторы С и С1, становятся равными.
При этом прирашенне напряжений на конденсаторах связаны соотношением ,4 Ы . = З Е~~ ~" /~. ( 5.6) Тогда прирашение зарядного тока на интервале прямого хода у х'и = г'к й ~.) — г'~ ('к' с,) = = йи., -~и„ы '=,()~(.,е '('~',й, - Я-,,), откуда в соответствии с (5.4) Идеальная линейность достигается прй Я~/А'эа Я' . Если данное условие выполняется, то параметры прямого хода ЛИН можно найти по формулам и. (д~=и'~М=~1кс, и =~ и М=г,у„~Укс. Замыкание ключа в момент гк йу приводит к быстрому разряду до нуля конденсатора С. Изменение Е~Я) передается в точку.Ю н вызывает в момент йд отпирание днодаД . Ток, протекаюший через диод, обеспечивает восстановление начального напряжения на конденсаторе С1.
Величина этого тока ограничена цепямн зашиты ОУ от перегрузки и практически постоянна. Восстановление завершается в момент Е~. Рис. 5.4 ГЛИН с емкостной ООС ( ис. 5.5 В исходном состоянии (~а'~„) ключ замкнут,Е~ = О. За счет напряжения смешения а' т, подаваемого на неинвертируюшнй вход, ОУ находится в режиме ограничения, Я~Г~е~хЕ/~=О, Я При размыкаиии ключа в момект6г~,конденсатор С начинает заряжаться с постоянной времени ЯС и ~~)ла(~-ЕХрГ-(б-~,~/КС3 ). (57) 25 ия ф-"лэ д„=ю я и Рис, 6,1 Рис.
6,2 Рис. 5.5 Рис, 6,3 ис. В момент Е= й~ напряжения на обоих входах ОУ сравниваются и ОУ переходит в режим усиления. Замыкэние петли обратной связи приводит к фнксэпии И на уровне, близком к Е, при этом обеспечивается стабилизация тока заряда конденсатора, значение которого на интервале прямого хада (~, и с Я бх ) определяется отношением (Е-Есм)/Ю, При этом гг Ю и-~а -Е УЯС; ХХ =(Е-й,~ ) ~~„ //ГАВ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
