Проектирование автоматизированнь2х станков и комплексов (862477), страница 29
Текст из файла (страница 29)
20 мВ);нулевыми входными токами (у реальных усилителей изменяется от сотыхдолей пикоампер до единиц микроампер);1нулевым выходным сопротивлением (у реальных маломощных усилителей изменяется от единиц ом до килоома);мгновенным откликом на изменение входных сигналов (у реальных усилителей время установления выходного напряжения составляет от единицнаносекунд до сотен микросекунд).1Под выходным сопротивлением понимается отношение прирашения выходногонапряжения к прирашению выходного тока с обратным знаком при изменении сопротивления нагрузки.13.2.Электронные компоненты систем автоматического управленияБольшинствосовременныхоперационныхусилителей можно147считатьидеальными.Правила расчета схем на идеальных операционных усилителях:1) входные токи усилителя равны нулю;2) усилитель устанавливает такое выходноенапряжение, чтобы напряже-ния на прямом и инверсном входах сравнялись.Рассмотримпримереля (рис.расчетсхемыинвертирующего13.11,через резисторнаR2усилитеИuыха).
Входной сигналRlпоступает на инИвыхверсный вход. Туда же подключенR2сигнал отрицательной обратной связи, снимаемый с выхода усилителячерез резисторR2.RlПоскольку напрямом входе напряжение Ивх= О,6асогласно второму правилу, нулевоеРис.напряжение должно быть и на ин13.11.Схема включения (а) и расчетная схемаверсном входе. Тогда, если входной(6)инвертирующего усили-теляток на инверсном входе J_in=О,согласно расчетной схеме, приведенной на рис.13 .11,б, для узла, расположенного на инверсном входе,1Rl=1R2,ИЛИ0-ИвхИвых -ОR1R2---Для выходного сигнала получаемИвыхгде Ку-R2= --Ивх= Ку / Ивх ,R1коэффициент усиления схемы.Поскольку выходной сигнал меняет знак, такой усилитель называется инвертирующим.
Резистор RЗ компенсирует входные токи по прямому и инверсному входам. Его сопротивление принимают равным сопротивлению параллельно включенных резисторовRlиR2.У современных операционныхусилителей, особенно выполненных на МОП-транзисторах, входные токиочень малы и компенсирующий резистор RЗ не применяют.Инвертирующий усилитель широко используют для усиления аналоговыхсигналов. Если коэффициент усиления не превышает50 ...
100, реальныеоперационные усилители ведут себя как идеальные. Входное сопротивление инвертирующего усилителя равноR1и от входного сопротивления операционного усилителя практически не зависит.На рис.13.12приведены широко применяемые в САУ схемы включенияоперационных усилителей, а также расчетные формулы, описывающие связьвходных и выходных сигналов.13. Микроэлектронные устройства в станках и станочных комплексах148сRtИвых =-IJdИвхИвых = RC Ивх d t + С- RCdtобавRO- {Ивых тах n.ри И1 > И2,Ивых- Ивьrх min приИ1<ИИвых =2дгеРис.13.12. Типовые схемы включения операционных усилителей:анеинвертирующий усилитель; бд-компаратор; е --RoRi (И+- UJдифференциатор; в-Юiтегратор; г-сумматор;дифференциальный усилительСхема инструменталы-юго усилителя,выполняющегоусилениеразностисигналов, как и схема на рис.казана на рис.13 .13.13.12,двухе, поОна имеет высокиевходные сопротивления, поэтому не искажаетусиливаемыесигналы.Схеманастолько удачна, что выпускается сейчасмногими производителями в интегральномисполнении.
В этом случае она действиРис.13.13.Схема инструменталь-ного усилителятельно проявляет свои наилучшие свойства, поскольку параметры всех компонен-тов согласованы должным образом. Входные сигналы И+ и И_ усиливаются в первом каскаде усилителя. При этомусиливается напряжение смещения и температурный дрейф. Два резистораR2ДОЛЖНЫ быть идентичны. Для выходных сигналов Ивых ] + и и вых] - первыхкаскадов, приложенных к резисторамИвыхl + -Ивых] -R3, имеем= (1 + 2R2/ R 1)(И+ -и_ ).Сигналы смещения и температурного дрейфа обоих усилителей вычитаются, поэтому, если усилители идентичны, то смещения и дрейф компенсируются.
Идентичности каналов операционного усилителя можно добиться,13.2.Электронные компоненты систем автоматического управления149выполняя их на ОДНОМ кристалле. Далее сшналы Ивыхl + и и выхl - поступаютна входы рассмотренного нами ранее дифференциального усилителя, так чтовыходной сигнал схемыИвых =(1 +2 Rz) R (И+ -И_).4R1RзПри этом также должны быть согласованы сопротивленияВсовременных интегральныхR 3 и R4.инструментальных усилителях имеетсявозможность изменять сопротивление резистораRl,присоединяя параллельно ему внешний резистор и увеличивая коэффициент усиления до необходимого уровня.
Такие схемы недороги и там, где требуется усилить разностныйсшнал, практически полностью вытеснили усилители на отдельных каскадах.В настоящее время разработаны и используются специализированныеблоки аналоговой обработки информации различных датчиков. Они выдаютстандартные выходные сшналы, метрологически проверены и часто аттестованы в Российской Федерации и за рубежом.
Все большее распространениеполучают и универсальные FРАА-схемы обработки аналоговой информации.Это массивы операционных и инструментальных усилителей, резисторов идругих цепей коррекции сигналов, которые могут программно коммутироваться и настраиваться в процессе работы. Коммутация осуществляется полевыми МОП-транзисторами.13.2.3. Типовые элементы для обработки дискретнойинформации.Комбинационные логические схемыЭлементы для обработки дискретной информации образуют две большие группы: комбинационные логические схемы и последовательностныесхемы.
У первых выходной сигнал определяется только входным, у вторых-входным сигналом и состоянием схемы. Входов и выходов у схемыможет быть несколько.Комбинационные логические схемы-это группа логических вентилей,выполняющих основные логические операции НЕ, И, ИЛИ, исключающееИЛИ и их сочетания над входными сигналами и передающих результат навыход. Если в них добавить обратные связи от выхода к входу, образуетсяпоследовательностная схема.Интегральная схемотехника получила широкое распространение с появлением транзuсторно-транзuсторной логики (ТТЛ) и соответствующей ейтехнологии.Основу(рис.13.14,схемыТТЛсоставляетмногоэмиттерныйтранзисторVTlа). Рассмотрим работу схемы, представив его в виде диодногоэквивалента, т.
е. заменив два эмиттерных и коллекторный переходы диодами(рис.13.14, б, в). Если на обоих входах Xl и Х2 сигналы высокого уровня (см.рис. 13.14, 6), эмиттерные переходы закрыты и через коллекторный переход вбазу транзистора VT2 протекает ток 162 . Транзистор VT2 откроется и войдет13. Микроэлектронные устройства в станках и станочных комплексах150+ 5ВRIаРис.а-13.14.XIХ2уооо11111о11овгЭлемент И-НЕ ТТЛ:упрощенная принципиальная схема; бком уровне сигналовXl , Х2-диодный эквивалентна обоих эмиттерах; в -низком уровне сигнала Х1; г -VTIпри высодиодный эквивалентVT 1 притаблица истинности элементав состояние насыщения.
На выходе элемента У появится сигнал низкогоуровня (менее0,6 В, уровень логического «О»).Если хотя бы на одном из входов Х (например,Xlна рис.13.14,в) появится сигнал низкого уровня, то через соответствующий эмиттерный переход начнет протекать токIx, (см. рис. 13.14, в).
В связи с падением напряжеRl потенциал базы понизится, коллекторный переход закроется и ток базы / 62 прекратится. В результате транзистор VT2 закроется ина выходе У появится сигнал высокого уровня (уровень логической «1»).В таблице истинности (рис. 13.14, г) приведены значения сигналов на входахXl, Х2 и выходе У. Как видим, получился элемент И-НЕ.ния на резистореРеальная схема элемента ТТЛ сложнее. Если выход ячейки находится всостоянии «О», коллектор транзисторабольшой ток(10VT2способен принять достаточномА и более), тогда как в состоянииздает заметное падение напряжения на резистореR2«1»выходящий ток сои напряжение на выходеуменьшается.
Для повышения нагрузочной способности в состоянии«1»добавляют еще один каскад из двух синфазно работающих транзисторов (одиноткрыт, второй закрыт).Несмотря на упрощения, представленная схема элемента ТТЛ отражаетосновные свойства этой логики:входы не потребляют, а выдают ток;выход в состоянии «О» потребляет ток, нагрузочная способность элементадостаточно высока и выходной каскад находится в состоянии глубокогонасыщения;в состоянии«1»выход выдает ток, причем, нагрузочная способность ниже, чем в состоянии «О».Схема ТТЛ и технология ее реализации достаточно просты, однако ее топология не может быть компактной. Суть в вьщеляемой на элементе мощности, которая слишком велика. Для обеспечения высокого быстродействиятребуются большие токи, чтобы быстро вывести транзисторы из состоянияглубокого насыщения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
