2.23.2. Триггер Шмита

Триггер Шмитта представляет собой компаратор с гистере­зисом. На рис. 45, а показан триггер Шмитта с двумя источни­ками питания, а на рис. 45, б – изменение во времени вход­ного и выходного сигналов. Когда U_вх < U_ВТО, то U_вых велико, и напряжение верхней точки опрокидывания получается с по­мощью делителя на сопротивлениях R₁ и R₂. Напряжение верх­ней точки опрокидывания при этом равно

U_ВТО = [R₂/(R₁ + R₂)] (+U_нас), (24)

где +U_нас = (+U_вых)_макс компаратора обычно на 1 В меньше, чем +U. Когда U_вх > U_ВТО, то выходное напряжение стано­вится отрицательным и стремится к – U_нас, т. е. к максималь­ному отрицательному выходному напряжению компаратора. Отрицательное выходное напряжение вызывает падение напря­жения на неинвертируемом входе до напряжения нижней точки опрокидывания

Рис. 45. Компаратор с гистерезисом (триггер Шмита): а – триггер Шмита с двумя источниками питания; б – изменения входного и выходного напряжений во времени.

U_НТО = [R₂/(R₁ + R₂)] (– U_нас), (25)

Как показано на рис. 45, б, компаратор не изменит своего со­стояния, пока U_вх < U_НТО. Обратите внимание на то, что бла­годаря гистерезису небольшие шумы во входном сигнале не вызовут изменения состояния компаратора. В случае, когда входной сигнал триггера Шмитта имеет синусоидальную форму, рассматриваемая схема преобразовывает его в прямоугольную.

11.2. Токоразностный усилитель

Токоразностный усилитель, называемый также усилителем Нортона, в отличие от обычных операционных усилителей уси­ливает разность входных токов, а не разность входных напря­жений. Главное преимущество токоразностных усилителей за­ключается в том, что они работают с одним источником пита­ния. Обычные операционные усилители могут также работать с одним источником питания, но иногда теряют работоспособ­ность.

Рис. 46 Условные обозначения токоразностного усилителя.

Этого не случается с токоразностными усилителями, при­чем точность их работы такая же, как и обычных интегральных операционных усилителей. На рис. 46 приведены два наибо­лее распространенных условных обозначения токоразностных усилителей. Наиболее популярное условное обозначение содер­жит источник тока между инвертирующим и неинвертирующим.

В качестве примера рассмотрим счетверенный токоразностный усилитель в интегральном исполнении МС3401 фирмы Motorola. Счетверенный токоразностный интегральный операционный усилитель МС3401 требует источника питания от 5 до 18 В. Он имеет внутреннюю частотную коррекцию, и для него типично А = 2000. Типичное значение тока смещения составляет 50 нА, входное сопротивление 1 МОм, и выходной ток изменяется ли­нейно в пределах 1 мА.

Схемы токоразностных усилителей существенно отличаются от таковых для обычных ОУ (рис. 47, а). Транзисторы Т₅ и Т₁₀ образуют источники неизменного тока, которые действуют как активные нагрузки соответственно для усилителя Т₁ с об­щим эмиттером и эмиттерного повторителя Т₂. Транзистор Т₅ обеспечивает высокий коэффициент усиления для Т₁, а Т₁₀ соз­дает смещение для Т₂, требуемое для его работы в линейном режиме класса А. Транзистор Т₄ действует как эмиттерный повторитель для Т₁ и обеспечивает развязку Т₁ от Т₂. Транзистор Т₄ обеспечивает усиление по току для управления Т₂; таким образом, Т₁ может работать при низком коллекторном токе и поэтому будет требовать меньше входного тока.

Рис. 47. Токоразностный операционный усилитель фирмы Motorola MC3401: а – схема усилителя; б – схема получения напряжения смещения.

К базе транзи­стора Т₁ подключается инвертирующий вход усилителя. Кон­денсатор обеспечивает частотную коррекцию. Транзистор Т₃ и диод Д₁ образуют токовое зеркало для неинвертирующего входа. Транзистор Т₃ и диод Д₁ подобраны так, что ток I тран­зистора Т₃ равен току неинвертирующего входа. Ток неинвер­тирующего входа называется зеркальным током I_З.

Схема, приведенная на рис. 47, б, обеспечивает опорные напряжения для источников неизменного тока Т₅, и Т₁₀. Падения напряжения на диодах Д₂, Д₃ и Д₄ образуют опорные напряжения. Напряжение на сопротивлении R₁ будет

U_R1 = U_Д3 + U_Д4 - U_БЭТ8.

Ток р– п– р-источников тока устанавливается равным U_БЭ /R₁ с помощью Т₆, ток коллектора которого равен току кол­лектора Т₈. Транзистор Т₇ обеспечивает при фиксированном по­тенциале дополнительный ток базы р–п–р-источника тока с целью уменьшения влияния нагрузки. Ток через диод Д₅ равен

I_Д5 = U_R2/R₂ =(U_Д2 + U_Д3 + U_Д4 – U_БЭТ9 – U_Д5)/R₂.

Напряжение базы Т₁₀ равно напряжению на Д₅. Так как характеристики Д₅ аналогичны таковым для Т₁₀, то I_Т10 = I_Д5.

Если, как это обычно бывает, I₃ неизменен, в то время как U_вх на инвертирующем входе возрастает, то ток базы Т₁ увели­чивается, вызывая уменьшение U_КТ1 и напряжения эмиттера Т₂. Если U_вх понижается, то ток базы Т₁ понижается, а U_вых возрастает. Так осуществляется инвертирование входного сиг­нала.

Если ток инвертирующего входа удерживается постоянным, а ток неивертирующего входа понижается, то в результате I_Т3 понижается, вызывая увеличение I_БТ1 = I_вх – I_КТ3. Так как I_БТ1 увеличивается, то выходное напряжение уменьшается.