Импульсные устройства на операционных усилителях (775185), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Задержка Формирования прямого хода ЛИН ~~,ь~л л йл в соответствии с (5.7) может быть найдена по формуле 2~агжКС~П(Е/(Е-Е )) ~~ЕЪу/Е В момент~.лаях ключ замыкается,Ю скачком падает до нуля. Скачок~ОС чЕс~ рпередается на выход ГЛИН. На интервале обратного хода Я~ Ясжгу) происходит восстановление начального напряжения на конденсаторе С . Ток восстановления Х~ обусловлен действием цепей зашиты ОУ от перегрузки. Лли тельность обрэтного хода при этом будетс чЮ ~-Ес,ч)~~-~й' ° рх хя сыч Глава 6.РЕГЕНЕРАТИВНЫЕ ИМПУЛЬСНЫЕ УСТРОЙСТВА НА ОСНОВЕ ОУ, ТРИГГЕРЫ ШМИТТА На рис, 6,1 представлена передаточная характеристика ОУ, из которой видно, что она близка к линейно-кусочной, Участки харэктеристик, соответствующие усилению входных сигиэлов (участки воспроизведения), с обеих сторон греничат с участками ограничения сигналов, Оценивая соотношения величин, определяющих ход передаточных характеристик на участках воспроизведения и ограничения при Кэ ь> т (Кя - коэффициент усиления по дифференциальному входу), приходим к выводу, что их можно достаточно строго аппроксимировать в виде релейиых функций (рис, 6„2).
Положения вертикальных участков переда.- точных харэктернстик определяется равенством Я+= Ы . Малое выходное сопротивление ОУ позволяет уподобить его выходное напряжение в области ограничения иапруению идеэльного источника ЭДС с напряжениямис' и -К для областей Я высокого и низкого уровней соответственно. Если включить операционный усилитель без обратной связи, как покезано на рис.
6,3, он будет представлять собой компарэтор. Компарэторы осуществляют переключение уровня выходного напряжения, когда изменяющийся во времени входной сигнал становится выше или ниже определенного уровня. Его выходное напряжение Е~ = ЕГ для Г~ >Г~ Ю (6,1а) кя -Е/'У лля с же/ (6.1б) При смене анака разности входных сип~элов выходное напряжение не может мгновенно переключаться от одного уровня ограничения к другому, так как величина скорости изменения выходного напряжения ОУ ограничена н для быстродействующих ОУ состэвляет величину, примерно равную 60„.
80 В/мкс. Повышение скорости изменения выходного налрюкения воз- можно, если переключение ОУ вести при наличии положитель- ной обратной связи (регенеративный процесс). Регенеративные свойства ОУ проявляются в случае, если по неинвертируюшему входу вводится ПОС с петлевым коэффициентом усиления /б,о = ~"/бл» / (6.2) ля/я як где ~ = — = - коэффициент ОС по неинвертируюшему '~ ~Й/х / / к входу. На рис, 6,4 приведена схема регенеративного компаратора, в котором сравниваемые Г/ и Гх сигналы подаются соответст- венно на инвертируюший и неинвертируюший входы ОУ. Такие устройства в литературе получили название триггеров Шмитта.
Триггер Шмитта функционально является компаратором, уровни включения и выключения которого не совпадают, как у обычно- го компаратора, а различаются на величину, называемую гнсте- реэисом переключения. Очевщро, что выходное напряжение ЕЕ операционного уси- лителя может принимать лишь два значения: ЕЕ = З с/ приЛ//)О (триггер включен), (6 3) // -ЕУ при ЛЯ/,~О(триггер выключен), где дифференциальное входное напряжение -у" //-~(/-~/)Е -Е (триггер выключен), (6.4) ~/ // г(У-~"~б~»- Е/ (триггер включен) .
Переключение триггера происходит при ЛЕЕ = О, т.е. при Е,~ з-У-Ц "+~И-~) Е, (включение), (6.5а) Е/зэка~=/- (У гй-/"~ел (выключение) (6.5б) (включение), (6.6а) г нкл =- — ы /- — е/ З (выключеиие). (6.6б) Я,У.6/Ж Обычно на практике при использовании триггера Шмитта в качестве компаратора один нз сигналов с. или Е~ постоянен и используется в качестве опорного, а другой, иэменяюшийся во времени, - в качестве управляюшего. Таким образом, возможны два способа построения триггера Шмнтта, отличаюшие- ся подачей входных сигналов и формой передаточной характеристикии.
Ннвертипуюший триггер Шмнгта Принципиальная схема инвертируюшего триггера Шмитта на ОУ приведена на рис 6 5. В этом случае управление триггером осушествляется по инвертируюшему входу, входной сигнал = Г Й.) = )/и.', а ~~ з йс, .
~, ~ и- Совершенно очевидно, что на- ) я, пряжение на его инвертируюшем входе Б/+ может принимать лишь два фиксированных значения, соот- ~ ~си ветствуюших включенному (Е/'Л ) илн выключенному (-Е/ ~/) состояРис: 6.5 ниям триггера /г/у "//-~-)Е. ~приЯ/ай/ (триггер включен)й (6,7а) л 7 с/ 'Й /)Е при У/а -Е/ (триггер выключен), (6,7б) Этими состояниями в соответствии с формулами (6.5а) и (6 5б) определшотся пороговые уровни включения и выключения по инвертируюшему входу ~п/=цикл = / г/' (/ ~)~г~ ~//и =~~л /~=~~" ~У +~/ ~) ~с/ч ° З (6,8а) (6.8б) Рис.
6.6 29 На рис. 6.6,а приведена передаточная характеристика триггера по инвертируюшему входу, которая имеет гистерезисный харак- тер. Положения ее вертикальных участков определяются форму- лами (6 8а) и (6,8б). Из анализа формул (6,8а) и (6.8б) и формы передаточной характеристики можно видеть, что триггер обладает двумя устойчивыми состояниямиЕЕ= ЕГ или ЕЕ а-Е~ для значений Ю входного управляюшего напрюкеиия Гаджа ЯЕт и Ек ею< или одним устойчивым состоянием Ф.=Б" дляГ~ Г~,гх. иит-~У Я // ДЛЯ Е~ ЬЕЭ~ла~ж. Величина напряжения смешения Ес, т не влияет на ширину петли гистереза ~(ЕI =с.
еац, -Е ж, д=~~йХ +ЕЕ ). Ее изме- Я Ф нение приводит лишь к одинаковому смешению порогов включения и выключения, Регулировка ширины петли гистерезнса может быть осушествлена с помошью изменения коэффициента обратной связи и"- а по неинвертируюшему входу. гну'Хл Рис. 6,6,б иллюстрирует одну из важных областей применения триггера Шмнтта - формирование прямоугольных импульсов из произвольной формы входного напряжения. Неинве т ший т игге Шмитта . о и а о и а ЗО Принцтипиальная схема неинвертируюшего триггера Шмвтта на ОУ приведена иа рис. 6.7. В отличие от инвертируюшего триггера Шмитта, управление в этом случае осушествляется по неинвертируюшему входу, входной сигнал Р„= Е~ М = И? 7, а Р,=Еуод .
Механизм управления триггером иллюстрируется рнс, 6.8,а, на котором показано перемешение рабочей точки на неинвертируюшем входе в соответствии с изменением вход- ного управляюшего сигнала ЕЕ+=,~7Ел ~. Это перемешение мо- жет происходить по одной из двух характериствк, описываемых уравнениями / ЕУ ~(У-/ ) Рл (триггер выключен); (6„9а) ЕЕ+ / ЕУ .~-Е'Е- у уЕи (триггер включен). (6.9б) На рис. 6,8б представлена передаточная характеристика ЕЕ=/ЕГл ) неинвертируюшего триггера Шмитта, Значения пороговых напряженийРдук~т нГз~а~~ могут быть определены из формул (6,6а) и (6,6б) при подстановке В НИХ ЗнаЧЕИИЯ ~',,а~аЕЕ у" е ~~ ~ЕЕ ж х 8~ Е/Ф Ы = — гу -(Š— 1 Ооп (610а) „,дв —,,~ ОП р ( й и / б, ю (6,10б) Ага= у ~ у-у- '~ й., '4 Рнс.
6,1 О '1г Препизионный тригге Шмнтта 32 Ширина петли гистерезиса характеризуется соотношением х и не зависит от величины опорного напряженияуудл, подаваемого на инвертирующий вход ОУ. Изменение величины опорного напряжения приводит к смешению петли гистереэнса. Регулировка ширинь~ петли гистереэисаУЕУ может быть осуществлена с помощью изменения соотношения сопротивлении резисторов ~~я, К~ На базе неинвертируюшего триггера Шмитта можно построить суммирующий триггер Шмитта, схема которого приведена на рис, 6.9, В этом случае напряжение Я+на неинвертируюшем входе ОУ изменяется в соответствии с уравнениями: 6'~ и с'я х ~г Ф Р , (Й~Ы -~.бдЕн+бя~к) ~ (6.12б) б'~й ~'й + ~'н / где ~у= —, ~~~ = —, с" = г, Уравнение (6.12а).
соответст- ~р ~ ~к ~ ~г вует выключенному триггеру, а (6.12б) - включенному. Переключение триггера происходит при у~ хЕ~ = су, что, с учетом соотношений (6.12), позволяет определить пороги включения и выключения в виде /Га ж л г сл~ юли —,~ (6.13а) Я~ Я А'~ н (6.13б) Л .8ЫМ / е Изменяя с' =Е можно сдвигать пороговые уровни вклю- С/'Р чения и выключения триггера для входного напряжения Е', не меняя при этом ширину петли гистереэнса. В описанных выше схемах инвертируюшего и неинвертирую- шего триггеров Шмитта пороговые напряжения включения и вы- ключения не являются препизионными, поскольку зависят от уровней ограничения ОУ - Е/' и О', е На практике часто возникает необходимость обеспечить вы- сокую точность переключения схемы, причем к выходным уров- ням напряжения триггера такие требования не предъявляются, Указанные требования реализуются в препизионном триггере Шмитта, схема которого представлена на рис.
6.10. На операционном усилителе ОУЗ выполнен суммирующий триггер Шмнтта. Ива подключенных к его неинвер- тируюшему входу компаратора ОУ1 и ОУ2 служат для точного задания порогов включения и вы- ключения схемы,. Амплитудные характеристики ОУ, приведенные на рис. 6.11, иллюстрируют ра- боту схемы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
