АНАЛОГОВАЯ МИРОЭЛЕКТРОНИКА 3 страница

cd – диагональ питания,

ab – измерительная диагональ.

 

 

.

 

.

Если , то мост находится в равновесии.

Условие равновесия (баланса) моста

 

 

Если представить, что a R1=R2=R3=R,

 

то при получаем, что

При получаем нелинейную функцию преобразования моста

Для усиления выходного сигнала моста и линеаризации его функции преобразования к нему подключают ОУ и подбирают соответствующим образом сопротивления в его цепях.

Если принять (без доказательства), что

То получим

Принятые соотношения позволяют найти сопротивления резисторов R6 и R7 , если известны сопротивления R и R5:

Rх
R1
U0
Uвых
R3
R4
d
a
b
c
R7
R6
R5
K0

 

.

 

Мостовая схема с линейной функцией преобразования

 

В данной схеме ДУ интегрирован непосредственно в мост.

R1
U0
Uвых
R2
R3
Rх
UВ
UА
R

 

 

 

 

Линейность функции преобразования обеспечивается за счет того, что ток через сопротивление Rx поддерживается постоянным независимо от величины Rx.

 

 

Преобразователь с компенсацией сопротивления подводящих проводов

Если преобразуемое сопротивление Rx территориально расположено далеко от ОУ и соединяется с ним проводами большой длины (десятки, сотни метров и более), то на точность преобразования начинает влиять сопротивление соединительных проводов rл. Для компенсации rл применяют специальные схемы подключения Rx с помощью 3х, 4х, 5ти или 6ти – проводных линий.

r1
Рассмотрим вариант подключения с помощью трехпроводной линии.

Uвых
R0
Rх
K0
U0
r3
r2

 

r1 – соединен последовательно с Rx → Rx+r1;

r2 – соединен последовательно с R0 →R0+r2;

r3 « Rвх оу – им можно пренебречь.

С учетом этого можно записать

Если выполнить условие

То реальная функция преобразования будет близка к идеальной

 

 

УСИЛИТЕЛИ С НЕЛИНЕЙНОЙ ФУНКЦИЕЙ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

 

1. Логарифмический усилитель

ЛУ относятся к функциональным преобразователям – выходное напряжение пропорционально логарифму входного.

K1
Uвх
Uвых
Uвх1
Uвх2
K2
ЛУ применяются для усиления сигналов, изменяющихся в широком диапазоне. Их так же называют компрессорами – малые входные сигналы усиливаются с большим Кус, а большие – с меньшим.

Для получения логарифмической характеристики используют:

- нелинейные элементы в цепи ООС;

- метод кусочно-линейной аппроксимации, когда непрерывная кривая заменяется прямыми отрезками.

ЛУ с нелинейными элементами в цепи ООС

Чаще всего в качестве нелинейного элемента используют p-n переход полупроводникового диода или транзистора, которые имеют экспоненциальную зависимость тока от напряжения.

ID
UD
ID
+
-
UD
,

где

I0 – обратный ток диода,

μ – температурный коэффициент, причем при t0≈200C величина

Поэтому при

UD»26 мв

имеем

и можно записать

.

Прологарифмировав это выражение, получим

 

ЛУ с диодом в цепи ООС

Uвх
K0
IR
Uвых
VD
R
ID
А

Рассмотрим идеальный ОУ

К0=∞; φА=0; iВХ=0; Δe=0.

На основании этого имеем

Т.к. φА=0, все выходное напряжение компенсируется падением напряжения на диоде UD.

Т.к. I0=(10-8—10-6) А, то членом можно пренебречь.

В результате окончательно получаем

.

Логарифмическая зависимость сохраняется достаточно точно при изменении ID на одну – две декады, что допускает изменение Uвх в 10 – 100 раз.

ЛУ с транзистором в цепи ООС

Uвх
K0
IR
Uвых
VT
R
А
Uбэ

Учитывая, что φА=0, считаем, что выходное напряжение полностью уравновешивается напряжением Uбэ, т.е.

Рассмотрим равенство токов

где α – коэффициент передачи тока эмиттера.

При имеем .

В результате получаем

,

 

После логарифмирования получаем

Т.к. окончательно получаем

Использование транзистора в зависимости от типа и способа включения позволяет расширить диапазон входного сигнала от 6 до 9 декад. Однако они имеют значительную температурную нестабильность, которая может достигать нескольких процентов на градус Цельсия.

 

Антилогарифмический усилитель

В АЛУ p-n переход (диод или транзистор) включается во входную цепь ОУ.

 

Uвх
K0
IR
Uвых
VD
R
ID
А



 

 

 

 

,

Приравниваем токи

.

Учитывая, что

окончательно получаем

.

Логарифмические и антилогарифмические преобразователи можно использовать в устройствах аналоговой обработки сигналов, например, для выполнения операции умножения

.

 

U1•U2
ln U1
ln U2
U1
U2
antln

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В

ПОСТОЯННОЕ

Переменное напряжение бывает трех видов:

1. Синусоидальное

2. Пульсирующее

3. Импульсное

Любое из представленных видов характеризуется следующими параметрами:

1. Пиковое

2. Амплитудное

3. Среднее ;

4. Средневыпрямленное ;

5. Среднеквадратическое .

Выпрямление переменного напряжения производится с помощью одно- или двухполупериодных диодных выпрямителей. основным их недостатком является то, амплитуда выпрямленного сигнала меньше входного на величину падения напряжения на открытом диоде, примерно на 0,8 В. Если применительно к силовой электронике эта разница несущественна, то при измерении переменных сигналов это обстоятельство вносит существенную погрешность в результат.

Для исключения этого эффекта диод включают в цепь ООС ОУ.

 

"Идеальный диод"

 

 

Uвх
K0
Uвых
VD
Uоу
Rн

 

1)

VD – открыт.

Решаем относительно Uвых

При получаем

Влияние уменьшается в раз.

2) VD – закрыт. ООС разорвана

.

Выходное напряжение ОУ достигает максимального значения и он входит в насыщение

Это напряжение полностью компенсируется падением напряжения на закрытом диоде, в результате выходное напряжение схемы равно нулю.

При смене полярности входного сигнала требуется некоторое время, что бы вывести ОУ из насыщения. Это приводит возникновению искажений и падению коэффициента преобразования.

 

Однополупериодный выпрямитель

 

В практических схемах преобразователей для предотвращения насыщения ОУ цепь ООС выполняют из встречно-параллельно включенных диодов VD1 и VD2, которые в процессе работы поочередно открываются и замыкают цепь ООС.

Uвх
K0
Uвых1
Rн2
R1
R2
R3
VD1
VD2
Rн1
Uвых2

 

На выходах при этом возникают полуволны напряжения противоположной полярности:

Для преобразования сигналов с небольшой амплитудой во входную цепь и в цепи ООС включены масштабирующие сопротивления, обеспечивающие заданный коэффициент усиления по каждому выходу:

Недостатком данной схемы является непостоянство выходного сопротивления:

- если диод открыт, то Rвых≈Rвых оу;

- если диод закрыт, то Rвых≈(R2 или R3).

 

Двухполупериодный мостовой выпрямитель

 

Такая схема широко применяется в аналоговых электронных вольтметрах переменного напряжения. Нагрузкой моста является обмотка измерительного механизма магнитоэлектрической системы, которая имеет небольшое сопротивление. Поэтому преобразователь имеет характеристики усилителя с токовым выходом.

Uвх
K0
R1
VD1
VD3
VD2
VD4

Нагрузка (обмотка мкА) не заземлена.

 

В зависимости от полярности полуволн входного сигнала диоды моста попарно оказываются либо в открытом, либо в закрытом состоянии:

- VD1 и VD4 – открыты, VD2 и VD3 - закрыты;

- VD1 и VD4 – закрыты, VD2 и VD3 – открыты.

Попеременная смена состояний диодов обеспечивает, во-первых, постоянство цепи ООС, что предотвращает насыщение ОУ и, во-вторых, однонаправленность тока через нагрузку моста (по схеме – сверху вниз) от разных полуволн входного сигнала.

Ток через нагрузку равен

 

Двухполупериодный выпрямитель с заземленной нагрузкой

 

Двухполупериодный выпрямитель можно построить на основе однополупериодного, если его выходы подключить к входам ДУ.

Каждый из каналов ДУ усиливает и передает на выход "свою" полуволну, поступающую с выходов однополупериодного выпрямителя: инвертирующий – положительную, неинвертирующий – отрицательную. На выходе поучают двухполупериодное

Uвх
А1
R1
R2
R3
VD1
VD2
А2
R4
R5
R6
R7
Uвых
U1
U2
пульсирующее напряжение отрицательной полярности.

Для правильной передачи полуволн через ДУ необходимо обеспечить одинаковые коэффициенты передачи по обоим каналам. Это достигается подбором сопротивлений в цепях ДУ.

В итоге получают

 

Преобразователь амплитудного (пикового) значения

(пиковый детектор, детектор амплитудно-модулированного сигнала)

 

В основе схемы использован "идеальный диод", нагруженный на фильтрующую емкость.

Uвх
K0
Uвых
VD
Uоу
Rн
С
Iзар

 

 

Проведем анализ.

1. U(t)>0, Uоу>0, VD – открыт, быстрый заряд конденсатора за время tзар через суммарное сопротивление

2. U(t)<0, Uоу<0, VD – закрыт, медленный разряд конденсатора за время tразр через суммарное сопротивление

Считаем, что

В установившемся режиме количество накопленного в конденсаторе заряда qзар равно количеству отданного qразр:

где

 

 

 

.

Обозначим

– коэффициент отклонения Uc от Uвх=Um.

Разрешим уравнение относительно Uс при К0»1

.

Таким образом, применение ОУ уменьшает погрешность детектирования в К0 раз.

 

УСТРОЙСТВА НА ОСНОВЕ ОУ С ЧАСТОТНО-ЗАВИСИМЫМИ

СВЯЗЯМИ

 

- интеграторы и дифференциаторы;

- активные фильтры;

- генераторы Sin сигналов.

1. Интеграторы

Простейшим интегратором является конденсатор.

I(t)
I
С

В качестве реального пассивного интегратора используют RC – цепь следующего вида – интегрирующую цепь

U2(t)
R
С
I(t)
U1(t)

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
АНАЛОГОВАЯ МИРОЭЛЕКТРОНИКА 2 страница | АНАЛОГОВАЯ МИРОЭЛЕКТРОНИКА 4 страница


Дата добавления: 2017-11-04; просмотров: 9; 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: 0.026 сек.