33. Функции компаратора напряжения

1. Фиксация момента равенства входного и эталонного напряжения (нуль-импликация). (1-я часть схемы)

2. Формирование прямоугольных импульсов для подачи на входы последующих цифровых схем, т.е. преобразование непрерывных аналоговых сигналов в цифровые.

Т.к. уровни входных сигналов для разных серий логических элементов вполне определенные (для TTL «0» 0.2-0.4В, «1» 2.4-4.8В; Е=5В), то и уровни выходных сигналов компаратора должны быть с ними согласованына выходе ОУ в режиме компаратора включается нелинейный элемент, например, ограничитель напряжения на диоде или стабилитроне. (2-я часть схемы).

Т.о. компаратор – линейная (аналоговая) схема по входу и нелинейная (цифровая) по выходу. Нелинейные элементы ограничителя амплитуды выходного сигнала вводятся в выходные каскады усилителя постоянного тока, чем отличаются специализированные схемы компараторов от универсальных. Типовая схема компаратора состоит из двух дифф. каскадов, выходного эмиттерного повторителя, генератора стабильного тока, диодного ограничителя, уровня напряжения по выходу компаратора. (3 часть). Диод в схеме стабилитрон (оставить только правую черточку, опущенную вниз).

3 4. Усилители. Назначение и классификация усилителей

Электрические колебания усиливаются по напряжению, току и мощности с помощью усилителей , получающих энергию от источника питания, преобразующих ее в энергию у силиваемых сигналов. Структурно усилительное устройство можно представить в следующем виде (часть1).

Управляющий источник, сигналы которого поступают на усилитель (треугольник на схеме) для усиления называют источником или генератором сигналов. Источник управляемой энергии, преобразуемой усилителем в энергию усиливаемых сигналов, называется источником питания. Обычно это двухполярный источник. Устройство, являющееся потребителем усиленных сигналов, называют нагрузкой усилителя. Также это может быть другой усилитель, какое-либо исполнительное устройство и т.д. В общем случае нагрузку представляют сопротивлением Rн=входному сопротивлению приемного устройства.

Классификация:

1. По диапазону частот: звуковой частоты (20Гц-20кГц); высокой (100кГц-10МГц) и сверхвысокой частоты (>10 МГц); постоянного тока. 2. По соотношению между Rвых и Rн: усилитель напряжения (Rвых<<Rн). Выходная часть эквивалента источнику ЭДС. Rвых>>Rн – усилитель тока (выходная цепь – источник тока). Rвых≈Rн (усилитель мощности) Мощность, отдаваемая в нагрузку – максимальная. В общем случае усилитель содержит несколько каскадов, соединенных друг с другом последовательно через цепи связи (ЦС) – см часть 2 схемы. 3. По типу цепей связи: с гальванической связью, c емкостной связью, с трансформаторной связью. 4. По виду усиливаемого сигнала: усилители непрерывных сигналов, импульсные. 5. По назначению и месту в многокаскадной структуре: предварительные; промежуточные (буферные), оконечные.

35. Основные параметры и характеристики усилителей

Коэффициент усиления Ku=Uвых/Uвх-значения комплексные; Ku(p)=Uвых(p)/Uвх(P).

Ki=Iвых/Iвх; Kp=Pвых/Pвх. Обычно коэффициент усиления измеряется в децибелах (ДБ).

Kuдб=20lg|Ku|; Kiдб=20lg|Ki|; Kpдб=10lg|Kp|. Коэффициент усиления многокаскадного усилителя при последовательном соединения каскадов=произведению коэффициентов усиления каскадов. Если коэффициент измерения в ДБ, то тогда надо их сложить.

Входные и выходные параметры усилителя: zвых=Uвых/Iвых|xx на входе (Iвх=0).

zвх=Uвх/Iвх|Uвых=0 (кз на выходе).

Частотные характеристики усилителей (АЧХ, ФЧХ).

АЧХ-зависимость модуля коэффициента усиления от частоты усиливаемого сигнала. ФЧХ-зависимость фазы комплексного коэффициента передачи от частоты или зависимость разности фаз выходного и входного сигнала от частоты.

Для коэффициента усиления по напряжению можно записать: Ku(p)=Uвых(p)/Uвх(p); p=jw. Ku(jw)=Uвых(jw)/Uвх(jw)=[Uвых(w)*e^(jyвых(w))]/[Uвх(w)* e^(jyвх(w))]. Uвых(w)/Uвх(w)=|Ku(jw)|=k(w); Ku(jw)=K(w)*e^(j[yвых(w)-yвх(w)])=k(w)e^(jy(w)).

k(w)-АЧХ; y(w)-ФЧХ. Т.к. k(jw)=a+jb; то k(w)=sqrt(a²+b²). y(w)=arctg(b/a). Тут надо еще две схемы как в курсаче. Отметить на первой, которая K(w): wн и wв. В этих точках значение K уменьшается в корень из 2 раз по сравнению с максимальным (на втором графике y(w) в этих точках график будет менять свое значение сначала на -180, потом на -360).

wв и wн- верхняя и нижняя частоты пропускания усилителя, для которых коэффициент усиления K(wн)=K(wв)=0.707K0.

Нелинейные искажения. Это отклонение формы выходного сигнала от формы входного сигнала. Н.и. связаны только с амплитудой входного сигнала и не связаны с его частотой. Об их наличии при усилении сигнала любой формы можно качественно судить по степени отклонения амплитудной характеристики усилителя от прямой линии. (тут график Uвых(Uвых) на нем под углом 45 град прямая и от нее отклоняется вниз парабола).

Уровень линейных искажений на зависит от амплитуды усиливаемого сигнала, а зависит лишь от его частоты и наличия реактивных составляющих в цепях усилителя. Динамический диапазон сигнала. В большинстве случаев Uвх сигнала не является постоянным, а меняется от минимального до максимального. Тогда динамический диапазон сигнала есть отношение наибольшего и наименьшего напряжения сигнала. Dc=Uвхmax/Uвхmin; Dc[дб]=20lgDc.

И скажение импульсных сигналов. Под действием прямоугольных импульса Uвх в усилителе возникает переходный процесс, характеризуемый переходной характеристикой усилителя. Пусть U вх(t) – одиночный импульс длительностью t. Тогда tз-время запаздывания, обусловленное инерционными свойствами усилителя. tф1 и tф2 – время или длительность переднего и заднего фронтов. δ-перерегулирование (возможно в цепях 2-го и более порядков). λ-отрицательный выброс. tр-реальное время сигнала