Гусев - Электроника (944138), страница 96
Текст из файла (страница 96)
Так, при С,„=! В и пульсациях 3 мВ время установления около 10 с. Аналогично рассмотренному работает двухполупериодный детектор (рис. 6.51, 6). В отличие от рассмо~ренного во врем~ второй полуводны конденсатор С заряжается через резистор Л и постоянная составляющая напряжения на нем в два раза больше, чем у однополупериодного выпрямителя. Погрешности преобразования у таких детекторов в диапазоне средних частот могу~ быть менее 0,001 о.
В диапазоне низких частот погрешность увеличивается из-за уменьшения коэффициента усиления усилителей переменного напряжения. Для его сущее~венного увеличения в схеме рис, 6.50, б включены два ОУ. В диапазоне низких частот вместо усилителя переменного напряжения можно применять бездрейфовые ОУ типа МДМ. Рассматриваемые детекторы хорошо работают на высоких частотах, обеспечивая на частоте 1 Мрц погрешности менее 0,01 — 0,2'Уе при использовании достаточно высокочастотного усилителя. Преобразователи электрических сигналов, выходное напряжение которых равно максимальному значению модуля входного сигнала, называются пиковыми или амплитудными детекторами. Различают пиковые детекторы с открытым и закрытым входами. В детекторах с открытым входом выходной сигнал пропорционален сумме постоянной и максимального значения переменной составляющих входного напряжения.
В детекторах с закрьппым входом имеется разделительный конденсатор и выходной сигнал пропорционален только переменной составляющей входного. Схемы пиковых детекторов, вьпюлненных на пассивных компонентах, приведены на рис. 6.52, а,6, 6.53, и,6, в. Общим условием их нормальной работы является большое сопротивление нагрузки, так чтобы т >) Т, и малое значение постоянной Р времени зарядки конденсаторов т,<ст„, где т„=Я„С (Т -длительность периода входного сигнала). При их выполнении конденсаторы за время одной полуводны (нескольких полуволн) заряжаются до максимального значения входного сигнала. В промежутках между процессами зарядки напряжение на них изменяется незначительно из-за большой постоянной времени цепи разрядки.
К тому жс эти уменьшения напряжения компенсируются соответствующей подзарядкой, происходящей в каждый период воздействия входного сигнала, Пусть на вход пикового детектора с открытым входом (рис. 6.52, а) подано входное напряжение С,„(рис. 6.52, е). имеющее постоянную составляющую о'е.
При первой положительной полуволне диод Кхз открывается и конденсатор С заряжается до напряжения (1„.-С +(/„. Как только напряже- 476 б) а) Рис. 6.52. Пиковые дстскторы с крытым (а) и закрытым (б) входа ми; диаграмма напряжений (в) т„я„к зк 1+-;, т, й, (КΠ— О О' (б.17хю где )т, — сопротивление цепи зарядки конденсатора, равное сумме сопротивлений источника входного сигнала и прямо1о сопротивления диода. Г( 'гз)2 а) Рис 6 53 Дсгсклоры с входными сигнадалхи с открытыми (а) и закрыты (б. и ) входил~и ние, приложенное к диоду, становится меньше пороговом, (контактной разности потенциалов), диод запирается и начини. ется разрядка конденсатора через сопротивление нагрузки Ки При большой постоянной времени цепи разрядки т, напряженил на конденсаторе изменится незначительно за промежутш, времени, в течение которого напряжение на диоде снова превысит лоро~овос значение.
При этом диод снова откроетсн и увеличит заряд на конденсаторе С и напряжение на нем Промежуток времени, в течение которо~о диод открыл характеризуется углом отсечки 20. Угол отсечки завися~ ог постоянных времени цепей зарядки и разрядки конденсатор; С, а также от формы входного сигнала. Значение его можн~ найти исходя из условия равенства приращений тока зарядк~ ЛД, и разрядки ЛД„:ЛД,=ЛЯ„.
При малых значениях угл„ О, что характерно для пиковых детекторов, можно считаю. справедливым приближенное уравнение Из (6,179) видно, чт о чем больше постоянная времени разрядки т, и меньше постоянная времени зарядки т,, гем меньше угол О. Постоянная составляющая выходного напряжения детектора 17. = С'.
х ба+ (I соя О- С~о+ б'„,. (6.180) Уравнения (6.179), (6.180) справедливы при синусоидальной форме входного сигнала. Но они могут быгь использованы и для прикидочных расчетов и в случае несинусоидальных напряжений. Таким образом, выходное напряжение детектора с открытым входом равно пиковому значению входного сигнала данной полярности относительно нулево~о уровня. В случае пикового детектора с закрытым входом конденсатор С заряжается до напряжения Г„ (рис. 6.52, в) аналогично рассмотренному. Так как постоянное напряжение сг, вычитается из входного сигнала, то на сопротивлении нагрузки оказывается пульсирующее падение напряжения. Его постоянная составляющая (Г созО= сг .
Для ее выделения к выходу детектора необходимо подключать фильтр низких частот, имеющий высокое входное сопротивление. В ряде случаев вместо фильтра низких частот подключают детектор с открытым входом, аналогичный показанному на рис. 6.52, а и 6.53, а. В этом случае выхолной сигнал (l,„„=(ст + Г соя О,) соя О, -2сг, где О, и О, углы отсечки пиковых детекторов на диодах ИИ и 1'2и. Для получения выходного напряжения, равного размаху входного, применяют детекторы рис. 6.53, 6, в. Выходное напряжение схемы рис.
6.53, б определяется разностью максимального н минимального входных напряжений при наличии в их составе постоянной составляющей. У детектора рис. 6.53, в выходное напряжение равно 2Г . Пиковые детекторы, у когорых выходной сигнал больше входного, являются основой для построения устройств, обеспечивающих увеличение выходного напряжения без использования дополнительных источников электрической энергии. Цепи данного целевого назначения называют умножителями напряжений.
Пиковые детекторы с пассивными компопентамн хорошо работают до частот в сотни Мрц. Однако их эффективная работа возможна только в случае больших входных сигналов. когда (l,„» (г„,р, где Г„, - - пороговое папряжсние, при котором открывается диод. При малых напряжениях наблюлае.гся существенная нелинейность характеристики преобразования.
ьи а) Рие. 6.54 Пиковые детекторы е ОУ: Для уменьшения погрешностей пиковых детекторов в диапазоне частот до 100 крц и более широко применяют активные компоненты. Так, если запоминающий конденсатор С подключить к инвентирующему входу ОУ (рис. 6.54, а), то влияние на выходной сигнал порогового напряжения диода П)2 уменыпится в 1+ Кк „раз. При положительной полуволне вхолного сигнала диод П)2 смещается в прямом направлении и конденсатор С заряжается до напряжения 11„„„= 1I„(! — 11К„„).
При напряжении меньшем 1/„„диод ~'Л2 запирается. Запомненное значение хранится на конденсаторе С, уменьшаясь с течением времени вследствие наличия у диода П)2 обратно~о тока и входного тока у ОУ. На значение выходноео сигнала также влияют сопротивление утечки конденсатора и дифференциальное входное сопротивление ОУ. Диод П71 введен для ограничения уровня выходного напряжения отрицательной полярности. Это повышает быстролействие вследствие меныпего заряда на барьерной емкости диода П)2, но может быть применено только тогда, когда ОУ имеет цепь защиты от короткого замыкания. В противном случае диод П71 следует убрать.
Для уменьшения влияю,и на выходной сигнал входного сопротивления ОУ, которое в ряде микросхем имеет небольшое значение при большом дифференциальном сигнале, целесообразно применять микросхемы с МОП-гранзисторами в цепях входов. Постоянная времени цепи зарядки конденсатора в этом случае равна т, = Л,„„СЯ1+ К, „), где А„„-выходное сопротивление ОУ. Постоянная времени разрядки зависит от нагрузки и сопротивлений и токов утечек. ОУ попадает в ограничение по отрицательной полярности при входных напряжениях, меньших 1/„, .
Это снижает быстродействие детектора. Лучшие характеристики преобразования удается получить с помощью схемы рис. 6.54, гь В этом случае к конденсатору С 1юдключен повторитель напряжения .7А2. Он имеет большое входное сопротивление, что повьппает стабильность сохранения заряда на конденсаторе С, Кроме того, введение ОУЕ)А2 479 т г ЕУ„„,„=К вЂ” иг(к)дс / т13 о 16.181) где К вЂ” коэффициент пропорциональности, Особенностью этих детекторов является то, что их выходное яанряэзсение не зависит от формы и частоты входного сигнала яри постоянстве у него действучои1его значенич нанряясения.
В соответствии с (6.18!) такие детекторы аналоговых сигналов могут быть реализованы двумя путями: с использованием логарифмирующнх и антилогарнфмирующих устройств, с помощью нелинейных преобразователей, имеющих квадратичную характеристику, и устройства, позволяющего извлечь квадратный корень. При использовании логарифмируюших и антилогарнфмирующих устройств последовательно включаются преобразователи и усилители, выполняющие математические операции в соответствии с уравнением (6.181).
Обычно это сложное устройство. имеющее небольшую точность преобразования. Преобразователи с квадратичными характеристиками используются значительно чаще. В качестве их обычно применяют нелинейные усилители, амплигудная характеристика которых аппроксимируется параболой. Способ построения таких детекторов поясняет структурная схема рис. 6.55, Входное напряжение выпрямляется однополупернодными выпрямителями ! и подается на усилители 2, имеющие квадратичные волыамперные характеристики. На их выходе сигналы пропорциональны квадрату положительной н отрицательной полуволн входного напряжения Кс/;„ и — Кс/,",. Знак одного из напряжения меняется усилителем 3, имеющим единичный коэффицненг усиления по напряжению. После суммирования в сумматоре 4 сигнал равен К, Е'„„(з). Он усредняегся с помощью фнльгра 480 позволяет ввести отрицательную ОС по положительной полярности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
