Ю П Колонтаєвський - Електроніка імікросхемотехніка - страница 17

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60 

A

Рис. 4.21 - Інтегратор

Як правило, при t=0

uc =Ue«x о = ° тому

Uвих

1

RC

t

J uexdt.

A

(4.27)

RC=t- стала часу. Реальному масштабу часу відповідає t=1 с.

При подачі на вхід постійної за значенням напруги, струм, що заряд­жає конденсатор, має постійне значення UJR (не залежить від ступе­ня заряду конденсатора) і конденсатор заряджається рівномірно, а ви­хідна напруга зростає лінійно

U вих

1

RC

U ext.

(4.28)

Uexk

Рис. 4.22 - Часові діаграми роботи інтегратора

Тому інтегратор часто застосо­вують як основу генераторів ліній­них напруг.

На рис. 4.22 зображені часові діаграми роботи інтегратора при по­дачі на його вхід постійної напруги.

При t2 - параметри схеми ви­брані неправильно, бо не забезпе­чується виконання інтегрування за весь час дії вхідного сигналу (ОП входить у режим насичення).

euxm

4.6.8. Диференціюючий підсилювач (диференціатор)

Схема диференціатора наведена на рис. 4.23. Від схеми інтегра­тора (рис. 4.21) вона відрізняється заміною місцями резистора і кон-

денсатора. Тут

т ■ т = -C dUex

R33

АІ

dt

133

I

33

Ті

С

-C

U e

R33

duex _ U

DA

4>

Uex

dt

-CR

33

R33 duex

dt

R33C = t U e

Ueux

Рис. 4.23 - Диференціатор

du вх - г-.

dt

(4.29)

Сталу часу t необхідно вибирати так, щоб у процесі диференціюван­ня дотримувалась нерівність Um< U-ихm.

4.6.9. Компаратори (схеми порівняння)

Компаратори - це електронні пристрої, призначені для порівняння на­пруг. Схема найпростішого компаратора зображена на рис. 4.24,а. Він ви­конує порівняння вхідного сигналу Uex з опорною напругою Uon. Сигнал на виході ОП змінює полярність, коли ці напруги зрівнюються, як показа­но на часових діаграмах роботи компаратора, наведених на рис. 4.24,б.

DA t авх

R

О

Ueux

1

„вих

 

 

л

 

 

Л +

\/U вихт

t

 

Л *

^ / U вихт

а) б) Рис. 4.24 - Компаратор (а) і часові діаграми його роботи (б)

Якщо задати Uon = 0, отримаємо нуль-орган, що фіксує відхилення Uex від нульового значення.

Компаратор - це чи не єдине застосування ОП без зворотних зв'яз­ків, коли напряму використовується його великий коефіцієнт підсилен­ня: найменша різниця потенціалів між входами призводить до насичен­ня ОП. При цьому маємо знак вихідної напруги «+», якщо напруга на неінвертуючому вході більш позитивна, ніж на інвертуючому, і «-», якщо навпаки.

Живити ОП у даному разі можна і від однополярного джерела, бо він фактично порівнює синфазні напруги.

4.6.10. Підсилювач змінного струму на ОП з однополярним живленням

Забезпечення підсилення сигналів змінного струму при однополярно-му живленні ОП вирішується тими ж методами, що і у транзисторно­му підсилювачі класу А (див. розділ 3). А саме: введенням зміщення і розділяючих конденсаторів. Схема підсилювача наведена на рис. 4.25.

R4 100 кОм

О

С1

Uex 0,22 мкФ

1 .

R1 100 кОм

R2 100 кОм

DA

J

»>

 

 

+U

R3

 

-U

С3 0,22 мкФ

Ueux

1 кО м

С2 22 мкФ

Рис. 4.25 - Підсилювач змінного струму з однополярним живленням

Тут R1,R2 - дільник, що задає зміщення точки спокою, С1,С}- роз­діляючі конденсатори. Дільник сигналу зворотного зв'язку R3,R4 за­безпечує коефіцієнт підсилення у даному разі KU=\0\. Конденсатор С2 забезпечує роботу схеми за постійним струмом як повторювача на­пруги, щоб виключити підсилення сигналу зміщення нуля.

4.6.11. Збільшення потужності вихідного сигналу ОП

Незважаючи на те, що є типи ОП з потужним виходом (з вихідним струмом до 5 А), все ж основна їх маса має малопотужний вихід (струм до 10 мА). Збільшення вихідної потужності можна забезпечити, напри­клад, за допомогою схеми, наведеної на рис. 4.26.

R2

R1

+ Ei

DA

Uex О

Uo

<>> 

 

 

 

 

+U

-

-U

Рис. 4.26 - Потужний підсилювач на ОП Тут для підсилення потужності застосовано найпростіший двотакт­ний підсилювач на транзисторах різного типу провідності (див. рис. 3.37). Відомо, що останній працює у режимі класу В, для якого характерні значні нелінійні викривлення. Позбавитися їх дозволяє підімкнення ре­зистора зворотного зв'язку R2 не до виходу ОП, а до виходу підсилю­вача потужності. Тепер ОП, забезпечуючи рівність Ug=0, створює на своєму виході напругу, що компенсує падіння на базоемітерних перехо­дах транзисторів. Таким чином отримуємо режим роботи класу АВ без введення додаткових елементів.

4.6.12. Прецизійний випрямляч

Відомо, що для випрямлення сигналів змінного струму можуть бути застосовані випрямні діоди (див. пп. 2.3). Але наявність падіння напру­ги на діоді до 1 В при протіканні струму через нього призводить до того, що сигнали з напругою у десяті долі вольта взагалі не можуть бути випрямлені, а випрямлення сигналів у одиниці вольт супровод­жується значною похибкою. Більше того, ця похибка залежить від змін

ЕЛЕКТРОНІКА І МІКРОСХЕМОТЕХНІКА

Uex

1

DA

Uo

R

Ueux

1

температури. Отже, точний (прецизійний) випрямляч побудувати на діодах неможливо.

Але це можна зробити з вико­ристанням ОП. На рис. 4.27 на­ведено схему прецизійного одно-півперіодного випрямляча.

Фактично це є повторювач для сигналів позитивної полярності. Як і у випадку потужного під­силювача (див. пп. 4.6.11), падін­ня напруги на діоді компенсуєть-Рис. 4.27 - Прецизійний випрямляч    ся ОП.

Вихідний сигнал знімається з інвертуючого входу ОП. Для позитив­ної вхідної напруги, оскільки U =0, маємо:

U

І Н в

(4.30)

При негативних значеннях Uex ОП знаходиться у режимі насичення, а на вихід пристрою через резистор R подається напруга U  = 0.

На кінець розділу слід зазначити, що у ньому розглянуто лише де­які з типових застосувань ОП. Існує величезна кількість схем і схемо­технічних прийомів із використанням ОП. Проте маємо надію, що навички, здобуті при вивченні цього розділу, дадуть Вам змогу розібра­тися зі специфікою побудови і роботи будь-яких електронних пристроїв

на ОП.

Контрольні запитання

1. Коли виникає необхідність у підсиленні сигналів постійного струму?

2. Поясніть, які проблеми виникають при підсиленні сигналів постійного струму? Що таке дрейф нуля підсилювача постій­ного струму?

3. На чому ґрунтується принцип дії балансного підсилювача по­стійного струму? Наведіть схему такого підсилювача.

4. Що таке диференційний підсилювач постійного струму? На­ведіть його схему і поясніть принцип її дії.

5. Як працює підсилювач постійного струму з подвійним пере­творенням?

6. Що таке операційний підсилювач, як він побудований і які його властивості?

7. Наведіть основні параметри і характеристики операційного підсилювача.

8. Наведіть схеми і поясніть принцип дії інвертуючого підси­лювача на операційному підсилювачі, неінвертуючого підси­лювача, перетворювача струму у напругу, інвертуючого і неінвертуючого суматорів, інтегратора, диференціатора, компаратора.

9. Як забезпечити підсилення сигналів змінної напруги за допо­могою операційного підсилювача при однополярному жив­ленні?

10. Як можна збільшити потужність вихідного сигналу опера­ційного підсилювача?

11. Які проблеми виникають при випрямленні малих за напругою сигналів змінного струму і як вони вирішуються при застосу­ванні операційних підсилювачів?

РОЗДІЛ 5 ІМПУЛЬСНІ ПРИСТРОЇ

5.1. Загальні відомості про імпульсні пристрої. Параметри імпульсів

Імпульсними називають пристрої, що працюють не безперервно, а в переривчастому режимі, коли дія чередується з паузою, тривалість якої сумірна з тривалістю перехідних процесів (якщо тривалість несумірно більша, то процес вважається таким, що встановився). Використання імпульсних режимів роботи має ряд переваг порівняно з безперервними режимами, а саме:

1) у імпульсному режимі можна отримати досить значну потужність в імпульсі за незначної середньої потужності, а оскільки габарити елек­тронних пристроїв визначаються, головним чином, середньою потуж­ністю, то імпульсні пристрої мають менші габарити, ніж пристрої, що працюють у безперервному режимі;

2) імпульсні пристрої майже не зазнають впливу такого дестабілі­зуючого фактору як зміни температури навколишнього середовища, бо працюють у ключовому режимі: увімкнуто-вимкнуто;

3) імпульсні пристрої мають значну швидкодію та високу завадостійкість;

4) імпульсні пристрої, навіть найскладніші (наприклад, обчислювальні машини) будуються з простих однотипних елементів, що дозволяє як­найширше застосовувати інтегральну технологію, забезпечуючи підви­щену надійність і невеликі габарити;

5) застосування імпульсних (цифрових) методів у вимірювальній техніці дозволило суттєво підвищити точність вимірів та зручність ро­боти з вимірювальними приладами.

Імпульсні пристрої широко використовують при побудові систем ке­рування та регулювання для:

1) формування імпульсів необхідної форми, тривалості і полярності із синусоїдних коливань та імпульсів іншої форми;

2) генерування імпульсів із заданими параметрами;

3) керування імпульсами, пов'язаного з визначенням їхнього часо­вого положення (затримка, синхронізація, лічба, розподіл та ін.).

Отже: імпульс - це короткочасна зміна напруги (струму) в елек­тричному колі від нуля до деякого значення, тривалість якої сумірна або менша за тривалість перехідних процесів у цьому колі.

За геометричною формою імпульси бувають прямокутні, трапеце­їдальні, дзвоноподібні (як у підсилювача синусоїдних коливань у ре­жимі класу В), експоненційні, лінійнозмінювані (пилкоподібні), як пока­зано на рис. 5.1.

t

t

t

t

а) б) в) г) д)

Рис. 5.1 - Імпульси різної форми: а) прямокутної; б) трапецеїдальної; в) дзвоноподібної; г) експоненціальної; д) пилкоподібної

Розрізняють відеоімпульси і радіоімпульси.

Відеоімпульс - це імпульс у колі постійного струму. Відеоімпульси можуть бути позитивні, негативні або різнополярні.

Радіоімпульс являє собою короткочасний пакет високочастотних коливань, обвідна якого має форму відеоімпульсу.

Параметри послідовності імпуль- ид1 сів розглянемо на прикладі прямо-

кутних імпульсів з рис. 5.2. Це:

Т - період надходження ім­пульсів;

f = T-1 - частота повторення; t - тривалість імпульсу; U. - амплітуда імпульсу; t - тривалість паузи;

Q

ti

ж.

tn

Рис. 5.2 - Параметри послідовності імпульсів

(5.1)

щілинність імпульсів (величина, зворотна до Q, називається коефі­цієнтом заповнення);

T

ti

J Uidt

Ui Q (5.2)середнє значення напруги (дозволяє оцінити енергетичну дію імпульсної послідовності);

U

еф

і

J Ui2 dt

U

4q~

ефективне (діюче) значення напруги;

P =

1 cp

Q

(5.3)

(5.4)

середня потужність (при цьому потужність джерела живлення імпульс­ного пристрою повинна бути не меншою за Р : тоді, накопичуючи енер-

ср

гію у паузі, можна в імпульсі видавати потужність Р. у Q разів більшу за Р - так працюють фотоспалах, крапкова зварка і подібні пристрої).

ср

На рис. 5.3 зображено класичну форму реального прямокутного імпульсу. Він має такі параметри:

0,9U

0,1U

Au Г

U - амплітуда імпульсу;

D U - нерівномірність вер­шини;

t. - тривалість імпульсу на рівні 0,1 U (іноді, наприк­лад, при оцінці енергетичної дії імпульсу її беруть на рівні '0,5Ц);

- тривалість передньо­го фронту;

tp - тривалість заднього фронту (зрізу);

Ue - амплітуда викиду. Деякі імпульси не мають вершини (наприклад, див. рис. 5.1,д ). Пропускна спроможність імпульсного пристрою за частотою визна­чається спектром імпульсу, який є наслідком розкладання імпульсу у ряд Фур'є, тобто на нескінченну кількість гармонічних складових різної частоти.

Зокрема, частотні властивості імпульсного сигналу визначаються активною шириною частотного спектру Fa: беруться частоти від f = 0 до fp=     що відповідає 95% енергії імпульсного сигналу.

Наприклад, активна ширина спектру:

Рис. 5.3 - Параметри несиметричного імпульсуу прямокутного імпульсу - Fa = у дзвоноподібного імпульсу - Fa

0,25

ti '

5.2. Електронні ключі та найпростіші схеми формування імпульсів

Ключ - це елемент, що має два тривалих стани: увімкнутий та вимкнутий.

Найближчим за параметрами до ідеального ключа є електромеханіч­ний контакт (ключ), що має нескінченний опір у розімкнутому стані і нульовий у замкнутому. В наш час в електронних пристроях у якості ключів найчастіше використовують напівпровідникові діоди, транзис­тори, тиристори.

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60 


Похожие статьи

Ю П Колонтаєвський - Електроніка імікросхемотехніка