4.3 Фазочувствительные выпрямители

Фазочувствительные выпрямители имеют два входа: сигнальный и управляющий (коммутирующий). Если на сигнальный вход подано гармоническое переменное напряжение U_ВХ , а на управляющий – напряжение той же частоты U_УП , то напряжение на выходе выпрямителя определяется соотношением

U_ВЫХ = а |U_ВХ |cos φ,

где а – постоянный коэффициент, φ – фазовый сдвиг между напряжениями

U_ВХ и U_УП. На рис. 20-а показана схема двухполупериодного фазочувствительного выпрямителя, все резисторы схемы имеют одинаковые сопротивления. Управляющий сигнал периодически включает ключ К соединяя прямой вход ОУ с землёй. Когда ключ замкнут, схема работает как инвертирующий усилитель, выходной сигнал U_ВЫХ = - U_ВХ . Когда ключ разомкнут, на оба входа ОУ поступает один и тот же входной сигнал и в

а) б)

Рисунок 20 – Схема двухполупериодного фазочувствительного выпрямителя – а), временные диаграммы сигналов – б).

соответствии с основным уравнением идеального ОУ (2.2) выходной сигнал U_ВЫХ = +U_ВХ .

На практике используются бесконтактные ключи, выполненные обычно на полевых МОП – транзисторах (см. лекцию 6). Фазочувствительного выпрямители находят применение в измерительной технике в качестве демодуляторов фазо-модулированных сигналов. Кроме демодуляции эти схемы могут решать также задачу модуляции. Если на вход U_ВХ подать полезный однополярный сигнал, а на управляющий вход – модулирующий сигнал, то на выходе получим переменное напряжение, амплитуда которого будет определяться входным U_ВХ , а частота – управляющим U_УП сигналом. С помощью модуляцици постоянное напряжение преобразуется в переменное, этим самым решается проблема дрейфа нуля, которая неизбежно присутствует при работе с однополярными сигналами и сильно усложняет жизнь разработчикам.

4.4 Логарифмические и антилогарифмические усилители

Для построения схем с логарифмической замисимостью используется

вольт-амперная характеристика р-n перехода. Эта характеристика имеет вид:

I = I_O ( e ^{U / φ t} - 1), (4.1)

где I_O – обратный ток утечки р-n перехода; φ_t - термический потенциал. При Т = 20⁰С φ_t = 26 мВ, обычно на практике U >> 26 мВ, тогда:

I = I_O e ^{U / φ t} ; (4.2)

ln I = ln I₀ + (U / φ t); U = φ _t (ln I - ln I₀).

Выходное напряжение логарифмического усилителя (рис. 21-а) равно напряжению на сопротивлении обратной связи, взятому с обратным знаком. В цепи обратной связи стоит диод, ток через открытый диод

I ≈ U_ВХ / R, поэтому

U_ВЫХ = - φ _t ln (U_ВХ / I₀ R) . (4.3)

Разумеется, полярность входного сигнала должна быть положительной, с тем чтобы диод был в проводящем состоянии.

Рисунок 21 - Логарифмический усилитель - а) и антилогарифмический усилитель – б).

Для схемы антилогарифмического усилителя на рис. 21-б выходной сигнал представляет собой падение напряжения на сопротивлении обратной связи R, взятое с обратным знаком

U_ВЫХ = - I₀ R e ^{U вх/ φ t}. (4.4)

Логарифмический и антилогарифмический усилители применяются по прямому назначению для логарифмирования и потенцирования сигнала в аналоговых вычислительных устройствах. Кроме этого логарифмирующая схема используются для компрессии (сжатия) динамического диапазона сигнала, антилогарифмирующий усилитель, напротив – как экспандер, для растяжения динамического диапазона сигнала. Многие сигналы имеют широкий динамический диапазон D – отношение максимальной мощности сигнала к минимальной. Так, для симфонического оркестра D = 70...80 дБ, в тоже время многие носители информации, а также и каналы связи не могут передать сигнал с подобными значениями динамического диапазона. В таких случаях на передающем конце производят сжатие динамического диапазона сигнала с помощью логарифмирующего усилителя, как показано на рис. 22, а на приёмном конце производят обратную операцию – экспандирование. В результате восстанавливается линейная зависимоть между входным и выходным сигналами, т.е. становится линейной сквозная характеристика воспроизведения .