АНАЛОГОВАЯ МИРОЭЛЕКТРОНИКА 6 страница

При изменении выходного напряжения изменяется таким образом, что бы выходное напряжение было постоянным

Для изменения частоты колебаний в генераторе на мосте Вина необходимо одновременно изменить или R₁ и R₂, или C₁ и C₂. Для регулирования частоты в широком диапазоне используют многосекционный конденсатор, с помощью которого производят переключение диапазонов. Плавная регулировка в пределах диапазона производится сдвоенным переменным резистором.

RC—генератор с трехзвенной фазосдвигающей цепью

Такие цепи так же называют потенциально-токовыми и они предназначены для работы совместно с усилителями, имеющими малое входное и выходное сопротивления.

ОУ и резистор R₃ с диодами образуют усилитель с токовым входом (усилитель тока с коэффициентом передачи –(R₃+R_D)).

R₃ и R_D –нелинейная ООС,

где R_D—прямое дифференциальное сопротивление диода.

Диоды предназначены для стабилизации выходного напряжения.

Без доказательства примем, что при

частота колебаний равна

а для возникновения колебаний необходимо, что бы выполнялось условие

Диоды VD1 и VD2, включенные последовательно с R₃ , обеспечивают нелинейность петлевого усиления и служат для стабилизации амплитуды колебаний.

Для получения колебаний с заданной амплитудой резистор R₃ выбирают из условия

причем значение R_D определяют по ВАХ диода для U_пр=U_вых

а общий коэффициент передачи значительно больше единицы, что обеспечивает быстрое возбуждение колебаний.

Затем амплитуда колебаний стабилизируется на таком уровне, при котором сопротивление диодов совместно с R₃ обеспечит единичное петлевое усиления для основной гармоники сигнала.

Генератор инфранизких частот

Диапазон ИНЧ распространяется от 0,01 до 20 Гц. Генерирование синусоидальных сигналов в этом диапазоне обычными схемами генераторов связано с рядом проблем:

— необходимо использовать резисторы и конденсаторы большой величины;

—токи перезаряда емкостей становятся соизмеримы с токами утечки самих конденсаторов и с входными токами ОУ.

Очень часто генераторы ИНЧ выполняются по схеме электронной модели решения дифференциального уравнения второго порядка, которым описываются незатухающие гармонические колебания

Считаем, что на выходе существуют гармонические колебания

А₁—инвертор,

А₂ и А₃—интеграторы, поэтому можно записать что

т.к.

т.к.

После подстановки получаем

Или

Окончательно получаем

Из последнего выражения находим значение частоты генерации

ОУ с регенеративной положительной ОС

Рассмотрим два типа схем:

1. Компараторы напряжения;

2. Релаксационные генераторы (генераторы импульсных сигналов).

Компараторы

Компаратор—это устройство, предназначенное для формирования перепада выходного напряжения в момент равенства двух входных напряжений.

Разновидности:

ОУ с высоком коэффициентом усиления как компаратор

ОУ без цепи ООС по своей сути является компаратором напряжения.

Выходное напряжение равно

При

Таким образом, когда ОУ находится в состоянии насыщения.

Если наблюдается приближенное равенство между входными напряжениями , то ОУ находится в активном режиме, т.е. на линейном участке передаточной характеристики и происходит быстрое изменение полярности выходного сигнала.

Интервал называется зоной компарирования, значение которой можно приближенно определить по формуле

Интервал определяет зону неопределенности и ошибку компарирования. Ее ширина зависит от динамических свойств ОУ и от скорости сближения входных напряжений.

Важным параметром процесса компарирования является время переключения ОУ. Оно зависит от динамических свойств ОУ и скорости сближения входных напряжений. Существенный вклад в увеличение времени компарирования вносит тот факт, что ОУ перед переключением находится в состоянии насыщения и требуется некоторое время, что бы вывести его из этого состояния.

Компаратор на ОУ с положительной ОС

Такой компаратор называется регенеративным.

Предположим, что в исходном

состоянии при имеем

порог срабатывания.

Пока никаких изменений не происходит и компаратор остается в исходном состоянии.

Когда ОУ входит в активный режим и начинается лавиннобразное уменьшение выходного напряжения, в результате которого оно примет значение . При этом примет новое значение

- порог отпускания.

Скорость переключения зависит только от динамических свойств ОУ и не зависит от скорости сближения входного сигнала с пороговыми уровнями.

Разница между порогами называется гистерезис

r wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>">

Значение ΔЕ регулируется подбором соотношения резисторов R₂ и R₃.

Компараторы на основе ОУ имеют низкое быстродействие, т.к. до моментов переключения выходные каскады находятся в состоянии насыщения, и требуется достаточно большое время, что бы вывести их из этого состояния.

В сериях аналоговых микросхем имеются специализированные компараторы напряжения, которые имеют более простую внутреннюю структуру, а также в них предусмотрены меры для предотвращения состояния насыщения. Кроме того выходное напряжение соответствует логическим уровням цифровых микросхем.

Генераторы импульсных сигналов

1. Параметры импульсных сигналов

Идеальный импульсный сигнал характеризуется следующими параметрами:

- период ,

- длительность импульса

- длительность паузы

- частота

- скважность

- амплитуда

- длительность фронта τ_ф—время нарастания напряжения между уровнями (0,1÷0,9) U_m;

- длительность спада (среза) τ_ср—время уменьшения напряжения между уровнями (0,9÷0,1) U_m.

Период, длительность импульса и длительность паузы определяются на уровне 0,5 U_m.

Также реальный импульс может характеризоваться: амплитудой, периодом (частотой) и временем затухания выброса.

2. Ждущий мультивибратор (одновибратор)

ЖМ предназначен для формирования однократного импульса заданной длительности при поступлении на вход управляющего сигнала.

C₁, R₃, VD₂—цепь запуска,

R₁, R₂—цепь ПОС,

R, C, VD₁—задержанная ООС (напряжение в цепи ООС изменяется медленнее, чем в цепи ПОС).

Исходное состояние:

VD₁—открыт, VD₂—закрыт, С—разряжен,

При поступлении на вход запускающего импульса положительной полярности, он дифференцируется и положительный выброс поступает на неинвертирующий вход ОУ. При этом

происходит лавинообразный процесс смены выходного напряжения

.

( s w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>"> )

Диоды запираются и начинается заряд конденсатора С по цепи

с постоянной времени

Когда

произойдет новый лавинообразный процесс и

а конденсатор начнет перезаряжаться по цепи

с постоянной времени

Разряд будет происходить до тех пор, пока

после чего диод откроется и схема останется в этом состоянии.

На выходе будет сформирован импульс положительной полярности с

Определим длительность сформированного импульса.

Заряд конденсатора происходит по экспоненте

За время заряда напряжение на конденсаторе изменится от 0 до

т.е. можно записать, что

После подстановки, логарифмирования и решения уравнения относительно длительности импульса получаем

Диод VD2 предохраняет схему от повторного запуска во время формирования выходного импульса.

Автоколебательный мультивибратор

R₁, R₂—цепь ПОС;

R, C—задержанная ООС.

Допустим, что в исходном состоянии

Конденсатор С заряжается по цепи

с постоянной времени

В момент времени t₁ получаем

В результате чего возникает лавинообразный процесс смены состояния

.

При этом получаем новый уровень

Конденсатор начинает перезаряжаться от

с такой же постоянной времени.

В момент времени t₂ получаем

Вновь происходит лавинообразный процесс смены состояния

И конденсатор вновь начинает перезаряжаться от U_c(t₂) к U_H до момента времени t₃ и так далее.

Определим период колебаний

Учитывая, что заряд и разряд конденсатора происходит между уровнями αU_H и -αU_H, получим

В результате получаем

Типы операционных усилителей

Все многообразие типов ОУ, выпускаемых в настоящее время, можно разделить на группы, объединенные общей технологией и схемотехникой, точностными, динамическими или эксплуатационными характеристиками, причем эти группы могут пересекаться.

С точки зрения внутренней схемотехники ОУ можно разделить на биполярные, биполярно-полевые и КМОП. В биполярно-полевых полевые или МОП-транзисторы используются в качестве входных в дифференциальном входном каскаде, обеспечивая высокое входное сопротивление и малые входные токи.

1. Усилители общего назначения—дешевые ОУ со средними характеристиками точности, быстродействия и выходной мощности: К₀=20000…200000; U_см=(0,1…20)мВ; f₁=(0,1…10) МГц.