Гусев - Электроника (944138), страница 77
Текст из файла (страница 77)
В и т à — генератор, напряженне которого тегральных ОУ применяют управляет молулятором н лемолулято- только МОП-транзисторы ром в связи с громоздкосгью, сложностью и высокой стоимостью других технических решений. Причем их используют только в ключевых режимах, в которых температурные изменения параметров оказывают малое влияние на результирующие характеристики.
В качестве демодуляторов также применяют ключи на МОП-транзисторах. Упрощенная схема ОУ с МДМ привелена на рис. 5.14, а, схемы его модулятора и демодулятора — на рис. 5.14, й, в, сигналы, управляющие ими,— на рис. 5.15, а --г. Модулятор и демодулятор работают синхрошю и поэтому управляются от источника одного управляющего напряжения. Как видно из рис. 5.15, и — г, входное постоянное напряжение. подаваемое на вход дифференциально~о входного каскада на МОП-транзисторах, периодически изменяет свою полярность. Слеловательно, на вход дифференциального усилителя подан дифференциальный сигнал прямоугольной формы (рис.
5.15, й), который усиливается усилителем в К„раз. На выходе усилителя переменного тока установлен разделительный конденсатор С. Олна из его обкладок с помощью демодулятора периодически замыкается на землю. Вследствие малого сопротивления ключа и постоянной времени заряда конденсатора С напряжение на нем установится равным — К„1/, за короткий промежуток времени. При смене полярности выходного напряжения усилителя с — К„1/, на +К„1/, ключ демочулятора размыкается.
Конденсатор становится источником напряжения К1/,, которое суммируется с выходным напряжением усилителя. В итоге в точке и будет пульсирующее напряжение, имеющее размах пульсаций 2К„1/, (рис. 5.15, н). В составе его имеется постоянная составляющая Г,„„. Фильтр низких частот сглаживает пульсации и позволяет выделить постоянную составляющую, пропорциональную вхолному сигналу.' Для усилителя с такой структурой не страшны медленные изменения напряжения на выходе усилителя. Они приводят только к дополнительному заряду конденсатора С до напряжения- К„Г,+1/ в один полупериол.
Во время другого полупериода 370 к 'а ~ о И % а. Ф2 ~ х й ~ :б д х ~ й~р ~й О «3 „а ~о к С оо с,~ О :е .Т' О и х о о -ы й-'~ Р ~ Е 37! й~ с~ йх 3 У о С. . у- С, д> Ц * Е ~о .и' «~ х~ о йС~ а. йй 14ОЯД)3 ьм ецер =— =г„с Ю) ЬЯ 1ИЯ)40УД/4 ьи Рис. 5.16. Схема включения ОУ 140УД13 (а); его ЛАЧХ (б); увеличение коэффициента усиления по напряжению 1в) выходное напряжение равно К„!т,+Ь' и цри суммировании выходное напряжение точки а изменяется на величину 2К„б',.
Принципиальная схема модулятора, примененного в ОУ 140УД! 3, показана на рис. 5.14, б. Это мостовая цепь, вьнюлненная на МОП-транзисторах с индуцированным каналом и управляемая двумя последовательностями прямоугольных импульсов, сдвинутых между собой по фазе на 180" (см. рис. 5.14,г). При подаче импульса одной последовательности открываются транзисторы )'Т1, 1'Т4, а другой †!'Т2, РТЗ, что аналогично работе модулятора !см. рис. 5.!4,а). Полоса рабочих частот ОУ МДМ определяется частотой работы модулятора и демодулятора )'„. Обычно считают, что верхняя рабочая частота сигнала должна быть не менее чем в деся~ь раз меньше !'„(1О)„<)'„). Прн этом частотная погрешность усилителя порядка 1 — 35Уь.
Из-за несовершенства существующих модуляторов частоту модулирующего напряжения обычно берут не более десятков — сотен кГц, а хорошие характеристики удается получить нри Т.<! —:2 кГц. Лучшие образцы УПТ МДМ имеют дрейф порядка 0,1 мкВ)'град и 0,01 пА)град, т. е. в 30 100 раз меньше, чем дрейф у лучших УПТ без преобразования. У интегрального ОУ типа 140УД13 дрейф нуля 0,5 мкВ)град, коэффициент усиления К,-!0. Схема его включе- 372 ния приведена на рис.
5.16, а. Особенностью ОУ является наличие внутреннего автогенератора, обеспечивающего работу модулятора и демодулятора. Его частота !'„может быть изменена навесным конденсатором С,. Амплитудно-частотная характеристика при !; < 0,2у„ определяется параметрами фильтра Я,С, (рис. 5.16, а). Недостаткй ОУ, заключающиеся в малом коэффициенте усиления по напряжению и малом выходном напряжении (0,5 В), могут быть устранены при использовании дополнительного ОУ с непосредственными связями. Это возможно благодаря тому, что демодулятор имеет независимый вывод !вывод 5 рис.
5.!6, а). Если к выводу ОУ 140УД!3 подключить дополнительный усилитель переменного напряжения (,!УА2 на рис. 5.16, в) и цепь демодуляции сигнала установить на его выходе, то коэффициент усиления повысится в К„з раз, где К„з- коэффициент усиления цо напряжению дополнительного усилителя. Соответствешю увеличится и максимальное значение выходного напряжения, которое будет зависеть от параметров дополнительного усилителя. При этом может потребоваться установка дополнительного резистора !!„„(рис. 5.16,в), который ограничит максимальное значение тока демодулятора, увеличившееся вследствие увеличения выходного напряжения. Такой подход позволяет получить большие коэффициенты усиления на постоянном токе, ограниченные только шумами ОУ. Однако при этом частотный диапазон усиливаемых сигналов остается узким. Для получения широкой полосы пропускания и хороших характеристик на постоянном токе используют многоканальные структуры, состоящие из нескольких включенных параллельно усилителей.
каждый из которых усиливает определенную полосу частот. Усиленные сигналы суммируются с помощью широкополосного сумматора. Идею работы двухканального усилителя поясняет рис. 5.17. В нем параллельно с ОУ МДМ гт включен высокочастотный ОУ Кб В результате имеется два канала. Низкочастотный канал на ОУ МДМ усиливает низкие частоты, высокочастотный высокие. В диапазоне средних частот усиление выполняется обоими каналами. Поэтому важны вопросы согласования частотных характеристик каналов.
В высокочастотном трак~е обычно предусматривают установку фильтра высоких частот К пропускающего только высокие частоты входного сигнала. В низкочастотном канале кроме фильтра ЯзС У11 необходимо исходя из принципа действия ОУ па входе иногда устанавливать дополнительный фильтр низких частот !'. Он уменьшает амплитуду высокочасз отных входных,--еигцалов на входе ОУ МДМ и снижает значение низкочастотцой составляющей на его Рис.
5.!7. Дауккаиальиый усилитель (и); лауккаиалыыя структура с ширак»ли.»ссиым усилителем (б) и ес рсализа»ия (а) вь>хэде, появляющийся в случае, когд» час>ога входного си>н»>ш бли>ка к /„'. К»к известно из >сории электронных цепей, люб»я мо,(уляция - зго перемноукение двух сигналов.
В роз)ль>а>е е> в спектре выходного сигнала появляются ко> ьбин»циопные час> огы ( ~„'„— ~'„) и ( ),', +>'„). При 7",„=.1„ ирису>с>вую> пи>кои»его>иая сос>авляюгць>я ()„„— )'„), которая беьнреня>с>асино пропуск»ется фильтром И/ и вносит доно>шительньы но>решности. Ус>ановка филь>ра КтС'т привезли> к умеш.и>апшо их значений. Выходные си>н»лы обоих усилителей суммируются в широко>юлосном сумматоре Ш. Если необходимо получить определенную выходную мощность, то после сумматора сигналы подана>ся на н>ироконолосный усиди>ель мон(ности УГ Так как на суь>я>»»>р и у»ил>стель мощности под»ются си>палы.
уси.>енные и )ха раз, то его дрейфы си>нал», приведенные к входу ух или > ела. соо > ве > е > венно уменьш»ю > ся в К„раз. По»ому их влияние на ларактерис>ики нреобр»>ования сравни >алино невелико. Ч»с>х»»»и х.>р»к>ери:>ик» двухкан»льного усилителя опреде.ше> .я ч,ы«>ными х»р»к>ерис>иками обонх каналов. Если считать, что сумматор и усилитель мощности близки к иде- альным, имеют коэффициент преобразования, равный К, и не вносят частотных искажений, то выходное напряжение ! »( » с г) у»л, «Ц» с,) 2г,г«7()ы'у) «й»о»су) л, «0(»»»г'у) ) (5.
36) где К „К з- коэффициенты усиления усилителей высоких у» у2 и низких частот. Из (5.36) найдем передаточную функцию; (5.37) 375 Из (5.37) видно, что частотная характеристика двухканального усилителя во многом зависит от параметров фильтров, включенных на входе каждого канала. Подбором их можно обеспечить требуемый вид характеристики в диапазоне низких и средних частот. В диапазоне высоких частот частотная характеристика определяется параметрами усилителя высоких частот Ку, ()7), а также ггаРамегРами сУмматоРа и Усили«елв мощности. Поэтому в передаточной функции для диапазона высоких частот Ку, и К., должны быль заменены на их переда.
точные функйии Ку, ( К) и К.,(р), которые зависят от внутренней структуры сумматора и усилителя мощности. Таким образом, введение дополнительного преобразования входного сигнала позволяет существенно уменьшить лрейф выходного сигнала и создать высококачественные широкополосные УПТ и ОУ. Для расширения полосы пропускання иногда вводят дополнительный третий канал.
Однако при этом схема усилителя усложняется. В ряде случаев олин канал выполняют широкополосным, а второй — типа МДМ (рис. 5.17, о). При этом подразумевают, что ОУ работает с достаточно глубокими отрицательными обратными связями, позволяю»цими подавить паразитные низкочастотные колебания. Практическая реализация такой структуры показана на рис.
5.17,в. В этом ОУ широкополосный ОУ 22А! выполнен на микросхеме 140УД6, причем для суммирования использован вывод 1, предназначенный для подключения цепей балансировки нуля. УПТ МДМ выполнен на ОУ»2А2 типа 140УД ! 3 и 77А3 типа 140УД14 по схеме, аналогичной схеме рис. 5.! 6, в.
Фильтр низких частот выполнен Е 5.6. ОСОБЕННОСТИ ВКЛЮЧЕНИЯ И СВОЙСТВА ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ, ОХВАЧЕННЫХ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ Используются две основные схемы включения ОУ (рис. 5.18, а, б). При подаче входного напряжения на неинвертирующий вход ОУ, охваченного ОС с коэффициентом у, равным у =#, (2, +Л ) (рис. 5.18, а), коэффициент усиления по напряжению ойределяются с помощью уравнения (4.27): к„„ Ку„ ки «.'ь 1 ~+к~ ~1~(~1 ' ~2) (5.38) При К„„У,ДУ, +Уз)»1 (5.38) примет вид к„=(к, +к,)7к,. (5. 39) Из (5.39) видно, что коэффициент усиления ОУ, охваченного отрицательной ОС, при болыпом значении К„определяется ~олько сопротивлениями 7„У и мало зависит от колебаний коэффициента усиления ОУ К„„.
Так как при таком включении ОУ сигнал ОС вводится последовательно с входным напряжением, входное сопротивление для лифференциального сигнала увеличивается в 1+К„„у раз (см. Е 4.2); ~„„„= 11„„(1+ К„„Т). (5.40) Сигнал обратной связи снимается пропорциональным выходному напряжению. Значит, выходное сопротивление уменьшается в 1+К„„у раз (см. () 4.2): К.„„„, = )(..„1(1+ К„„Т). (5.41) зть активным на ОУ хЗА4 (140УД14), причем его дрейфы нуля не играют сущее~венной роли из-за того, что при приведении их к входу они имеют малое значение.
Приведенный пример показывает„что знание схемы ОУ необходимо в случае его нетрадиционного использования. В противном случае вместо использования вывода ) у )ЭА) пришлось бы вводить дополнительный сумматор. При применении рассмотренных подходов удается суп1ественно улучшить параметры ОУ, что особенно важно при построении точных устройств. В отдельных случаях двухканальные ОУ применяют для увеличения скорости нарастания выходного напряжения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
