АНАЛОГОВАЯ МИРОЭЛЕКТРОНИКА 2 страница

 

+
K0
R2
R1
 
RK
R3
R4
-

 

 

В некоторых ОУ предусмотрена внутренняя цепь коррекции, для чего у ОУ имеются выводы для подключения переменного резистора.

+Uп
K0
R2
R1
RK
R3
-Uп

 

Однако входные токи и напряжение смещения сильно зависят от температуры. В этом случае для уменьшения температурного дрейфа рекомендуется сопротивления цепи ООС выбирать с учетом соотношения

.

Для большинства современных ОУ на биполярных транзисторах выполняется условие

.

В связи с этим рекомендуется выбирать R1 и R2 из условия

.

 

ЗАЩИТА ОУ

1.

От превышения напряжения источника питания
VD2
VD1
RОГР
RОГР
+UП
-UП
-UП
От смены полярности источника питания
+UП
VD2
VD1
По цепям питания

 

 

Защита инвертирующего входа при импульсном входном сигнале или при включении питания, от большого дифференциального напряжения.
VD2
VD1
R2
R1

-UП
Защита неинвертирующего входа от большого входного напряжения.
+UП
VD2
VD1

 

3. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

ДУ предназначен для усиления разности двух входных напряжений U1 и U2. Стабилизация коэффициента усиления осуществляется с помощью цепи ООС.

U1
K0
Uвых
R2
R1
Δe
R3
U2
R4
e-
е+
I2
I1
К0=∞; RВХ=∞; iВХ=0; еСМ=0, Δе=0.  

 


Находим, что , т.к. Δе=0, а так же

и .

Т.к. iВХ=0 считаем , следовательно

.

После подстановки е- в уравнение и преобразований окончательно получаем

.

Таким образом, выходное напряжение ДУ можно рассматривать как сумму двух независимых составляющих, обусловленных входными напряжениями U1 и U2 с соответствующими коэффициентами передачи (для инвертирующего и неинвертирующего включений).

Если принять , то при выходное напряжение будет пропорционально разности входных сигналов)

.

ДУ предназначен для усиления слабого дифференциального сигнала с наложенным на него синфазным сигналом в виде постоянного уровня, детерминированного или случайного сигнала (помехи). Источниками таких сигналов могут быть электроды для снятия кардиопотенциалов, реографический сигнал и тд.

Однако простейший ДУ обладает рядом существенных недостатков:

1. Низкое входное сопротивление, причем сопротивление по различным входам не одинаковое.

2. Низкое значение коэффициента подавления синфазного сигнала, причем он значительно ниже, чем ОУ. Это обусловлено следующими причинами:

а) сложностью подбора сопротивлений во входных цепях;

б) сложностью согласования полных сопротивлений по инвертирующему и по неинвертирующему входам.

3. Регулировка коэффициента усиления возможна только изменением двух сопротивлений (например R2 и R4).

 

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

(ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ)

Достоинства:

1. Высокий коэффициент подавления синфазного сигнала;

2. Одинаковые входные сопротивления по инвертирующему и неинвертирующему входам.

 

А1 и А2 – неинвертирующие усилители с большими входными сопротивлениями (и одинаковыми).

А3 – дифференциальный усилитель.

Т.к. Δе=0, для неинвертирующих усилителей А1 и А2 можно записать

.

U2
A2
UВЫХ
R2
R1
e+2
U1
A1
I13
R3
e+1
A3
R5
U4
U3
R4
R7
R6
I12
I2
I3
e-2
e-1

 

Токи через резисторы R1, R2 и R3 подчиняются соотношениям

,

.

Для усилителя А1 имеем

,

где U3 – выходное напряжение усилителя А1.

Решая относительно U3 получаем

Для усилителя А2 аналогично получаем

,

где U4 – выходное напряжение усилителя А2.

Решая относительно U4 получаем

Проведем анализ при

U1=U+ΔU и U2=U-ΔU,

Где U – синфазная составляющая сигнала,

ΔU – дифференциальная составляющая.

При указанных входных сигналах напряжения U3 и U4 будут соответственно равны



.

Вывод: каждый из усилителей в первом каскаде (А1 и А2) усиливают дифференциальную составляющую сигнала и оставляют без изменения синфазную.

Т.к. напряжения U3 и U4 являются входными для дифференциального усилителя А3, то с учетом делителя R6 и R7 получаем

Если принять

То после преобразований получим

 

При указанных входных воздействиях получим

Т.е происходит усиление дифференциальной составляющей и полное уничтожение синфазной.

Коэффициент усиления регулируется изменением сопротивления R1.

 

4. УСИЛИТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

В том случае, когда усилитель предназначен только для усиления т переменной составляющей, в простейшем случае, в их входные цепи обычно включают разделительные конденсаторы.

U1
K0
Uвых
R2
R1
Δe
R3
U2
R4
e-
е+
I2
I1
С1
С2
Схема усилителя переменного напряжения на примере ДУ.

 

 

Такой усилитель имеет неравномерную АЧХ как в НЧ, так и ВЧ областях.

при R1=R3, R2=R4 C1=C2.

KU
fH
f
0,7

 


Верхняя граничная частота зависит от частотных свойств ОУ и цепей частотной коррекции.

Для построения НИ усилителя переменного напряжения с высоким входным сопротивлением можно использовать схему

Uвх
U2
R2
R1
R3
А
C1
C2

 

 

Преобразователи электрических величин

1. Усилитель тока

УТ можно рассматривать как преобразователь тока в напряжение (I→U).

Простейшим способом преобразования тока в напряжение является пропускание тока через известное сопротивление R0 и усиление полученного напряжения

и его усиление. Однако для увеличения чувствительности необходимо увеличивать R0, что поводит к следующим отрицательным последствиям:

1. Увеличивается обратное воздействие измерительной цепи на цепь, в которой производится измерение;

2. Необходимо обеспечить высокое Rвх усилителя.

В качестве УТ или преобразователя I→U часто используют инвертирующее включение ОУ, но без R1, т.е. R1=0.

Источник входного тока показан в виде параллельного включения источника тока Iвх и внутреннего сопротивления Ri. Его можно заменить последовательной цепью, где

.

Iвх
K0
Uвых
R
Ri
»

 

Uвх
Ri

 

 

Тогда можно записать, что

 

Коэффициент усиления тока равен

.

Ki – величина размерная [Ом].

УТ используется, например, для преобразования тока от фотодиода или от фототранзистора.

Iф
K0
Uвых
R
VD
K0
Uвых
R
+U

 

 

2. Усилитель заряда

 

УЗ можно рассматривать как преобразователь заряда в напряжение (q→U). Он вырабатывает выходное напряжение , пропорциональное электрическому заряду, поступающему на его вход, или другими словами, усилитель заряда – это интегратор входного тока.

В качестве источника заряда используются пьезоэлектрические датчики.

Сх
Uх
УЗ представляет собой ОУ, охваченный ООС через конденсатор Сос. Ко входу подключен источник заряда, условно представленный последовательным соединением Uвх и Ci. УЗ можно рассматривать как инвертирующий усилитель, у которого R2→Coc, R1→Ci.Поэтому усилитель реагирует только на приращение напряжения.

Iвх
K0
Uвых
Соос
Сi
Uвх
q
Iooc

 

 

Проведем анализ для идеального ОУ.

Приравнивая токи, получим

Т.е.

Коэффициент передачи заряда равен

И напряжения

 

 

3. Усилитель с токовым выходом

(преобразователь напряжения в ток)

 

УсТВ обеспечивают зависимость выходного тока только от значения входного напряжения и его независимость от сопротивления нагрузки.

Простейшими типами УсТВ являются инвертирующий и неинвертирующий усилители, у которых вместо сопротивления обратной связи (R2) включается сопротивление нагрузки (Rн), причем Rн≥Rнmin.

Uвх
I1
Rн
R1
Δe
Iн

 

 

Простейшие УсТВ имеют ряд недостатков:

1. Ток нагрузки ограничен максимальным выходным током ОУ. Для увеличения тока к выходу ОУ подключают усилитель на транзисторах.

 

Uвх
Rн
R1
 
+Uп
-Uп
VT1
VT2

 

2. В рассмотренных схемах нагрузка не имеет заземленного зажима, т.е. она является "плавающей", что не всегда удобно.

Uвх
R1
 
+Uп
-Uп
VT4
VT6
R2
Rн
VT1
VT2
VT3
VT5

 

 

В выходном каскаде применены два источника тока (токовые зеркала) на транзисторах VT3-VT4 и VT5-VT6, имеющие высокое выходное сопротивление. Каждый из источников работает при определенной полярности входного напряжения. Входные токи источников задаются транзисторами VT1 и VT2, причем

Если пренебречь неидеальностью ОУ и управляемых источников тока, получим

 

4. Источники стабильного тока

 

В ИСТ используются те же принципы, что и в УсТВ, но входное напряжение Uвх заменяется опорным напряжением Е0. Очень часто требуется получить ток одного направления, по этому нет необходимости использовать двухтактный выходной каскад.

 

Е0
R0
 
-U
VT1
VT2
Rн
R1
R2
I0
Iэ1
Iэ2
Iк1
Iк2

 

В представленной схеме ОУ стабилизирует коллекторный ток (Ik1) транзистора VT1. Так как базы транзисторов VT1 и VT2 соединены между собой, то при равенстве эмиттерных сопротивлений (R1=R2) их коллекторные токи также будут равны

Учитывая, что VT1 включен по схеме с общим эмиттером, инвертирующей сигнал, то для обеспечения ООС его коллектор соединен с неинвертирующим входом ОУ.

 

5. Преобразователи сопротивления в напряжение

ПСН применяются в измерительных устройствах с резистивными датчиками. Их можно разделить на два типа:

а) преобразователи полного сопротивления, для которых

б)преобразователи приращения сопротивления, для которых

 

Преобразователи полного сопротивления

- потенциометрический

Rх
R0
U0
Uвых

 

Выходная зависимость нелинейная.

Ее можно линеаризовать, если принять

но тогда преобразователь имеет низкую чувствительность.

-- на основе ОУ в инвертирующем или неинвертирующем включении, если R2 заменить на Rx, а Uвх на U0. Сопротивление Rx не заземлено.

-- если Rx подключить к выходу источника стабильного тока.

 

Преобразователи приращения

В преобразователях приращения используются мостовые схемы.

 

Rх
R1
U0
Uвых
R3
R4
d
a
b
c
R1, Rх, R3, R4 – плечи моста,

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
АНАЛОГОВАЯ МИРОЭЛЕКТРОНИКА 1 страница | АНАЛОГОВАЯ МИРОЭЛЕКТРОНИКА 3 страница


Дата добавления: 2017-11-04; просмотров: 18; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию, введите в поисковое поле ключевые слова и изучайте нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам понравился данный ресурс вы можете рассказать о нем друзьям. Сделать это можно через соц. кнопки выше.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2017 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.028 сек.