3.4.11. Компаратори

Компаратор призначений для порівняння двох напруг. Його адитивна складова похибки визначається еквівалентною напругою зміщення та напругою статизму. В багатьох випадках, наприклад, в пристроях контролю, в компаратор уводиться гістерезис (рис.3.22). Частина вихідної напруги U_вих через подільник

Рис. 3.22 – неінвертувальний компаратор з гістерезисом

R₁, R₂ додається до вхідної U_вх. Із збільшенням вхідної напруги до значення першого порогу U₁=U_ОП+U_НС R₁/(R₁+R₂) вихідна напруга компаратора стає рівною U_вих=-U_НС, де U_НС – напруга насичення. Після перевищення цієї напруги компаратор перемикається в стан +U_НС. Якщо тепер зменшувати вхідну напругу, то при досягненні значення напруги U₂=U_ОП-U_НС R₁/(R₁+R₂) другого порогу компаратор перемкнеться в протилежний стан – до напруги -U_НС. Подібні процеси проходитимуть і в схемі інвертувального компаратора, але перемикання відбуватиметься для протилежних значень вхідної напруги..

3.4.12. Пристрої вибірки-зберігання

Ці пристрої використовуються для швидкого запам’ятовування миттєвих значень вхідної напруги. В двокаскадних пристроях вибірки-зберігання одночасно можна зменшити дію всіх складових розрядного струму запам’ятовувального конденсатора С_п зумовлених струмами витоку МДН-транзистора ключа SW, конденсатора С_п та вхідного струму ОП (рис.3.23). В режимі вибірки замкнений ключ SW і конденсатор С заряджаються до значення вхідної напруги U_вх=U_с.

Рис.3.23 – Прецизійний пристрій вибірки-зберігання

В режимі зберігання ключ SW розімкнений і на виході пристрою буде напруга U_вих=U_с. Похибками пристрою-зберігання є напруги зміщення обох ОП, вхідний струм DA2 та струму витоку розімкненого ключа SW.

3.4.13. Джерела струму

Джерела струму можна розділити на дві групи – із заземленим навантаженням та із заземленим навантаженням та із незаземленим, тобто таким, яке не має точки дотику зі спільною шиною джерел підібраних резистори R₁, R₂, R₃, R₄, його вихідний струм I_н знаходиться за співвідношенням І_н=U_вх/R₂, якщо R₂/R₁= R₄/R₃, вхідний опір рівний R₁, а вихідний

. (3.62)

В генераторі струму (рис. 3.24.б) значення струму додається опорним резистором І_н=U_вх/R_2ОП.

Рис.3.24 – джерела струму із заземленим навантаженням

Найпростішим генератором струму є інвертувальний підсилювач, резистор зворотнього зв’язку якого служить опором навантаження (рис. 3.25.а). Значення

Рис. 3.25 – джерела струму з незаземленим навантаженням

струму джерела струму рис. 3.25.б визначається як І_н=U_вх/R₁, а його вихідний опір R_вих=kR₁.

3.4.14. Генератори сигналів синусоїдної форми

Принципи дії генераторів синусоїдної форми базується на охопленні підсилювальної системи частото-залежним додатнім зворотним зв’язком та одночасному виконанні на певній частоті двох умов – умови балансу амплітуд та умови балансу фаз. Умова балансу амплітуд полягає в забезпеченні значення петлевого коефіцієнта передавання на певній частоті f₀ не меншим від одиниці kβ≥1, де k - коефіцієнт передавання прямого кола; β – коефіцієнт передавання кола Д33. Умова балансу амплітуд полягає в забезпеченні сумарного зсуву фаз кратним 2 , де - відповідно, зсув фаз в підсилювальному колі та в колі Д33; n=0,1,2,… Для виконання цих умов використовуються генератори синусоїдної напруги за тонкими принципами дії:

• виділення основної частоти з сигналу прямокутної форми;

• включення фазо зсувних RC-ланок в коло зворотного зв’язку ОП;

• забезпечення необхідного зсуву фаз з допомогою додаткових ОП.

Якщо зсув фази в колі прямого підсилення рівний (180^о – інвертувальний підсилювач, то використовуються три ланкові RC-елементи (рис.3.26.а) або

Рис. 3.26 – схема генераторів синусоїдної напруги на основі ОП

подвійний Т-подібний міст в колі від’ємного зворотного зв’язку) [ ].

Значення частоти f₀ генератора (рис.3.26.а) знаходиться як

f₀ (3.63)

У випадку нульового зсуву фаз в колі прямого підсилення (неінвертувальний підсилювач) використовується міст Віна в колі ДЗЗ (рис.3.26.б). За умови постійності вихідної напруги генератора, необхідне фіксоване значення коефіцієнта передавання на резонансній частоті, чого не можна досягнути без застосування спеціальних заходів. Зазичай для стабілізації амплітуди вихідної напруги генераторів застосовують нелінійні елементи – діоди, стабілітрони, лампи розжарювання, терморезистори, польові транзистори – тощо, або ж схеми з автоматичним регулюванням підсилення (АРП). Наприклад, використання термістора R_т з від’ємним ТКО стабілізує амплітуду вихідної напруги U_вих генератора з мостом Віна, коефіцієнт передавання k₀ якого на резонансній частоті f₀ повинен бути не меншим k₀=1+ R_т/R₀≥3. Якщо опір термістора подати співвідношенням , то із зростанням значення вихідної напруги U_вих генератора зростає й значення його вихідного струму , а отже, й розсіювана на термісторі потужність , що призводить до зменшення опору R_т термістора та зменшення значення коефіцієнта передавання.

Це, у резисторі, призводить до зменшення значення вихідної напруги U_вих. При зменшенні значення вихідної напруги, навпаки, термістор охолоджується, що врешті призводить до її збільшення до номінального вихідного значення U_вих.н.

Однак, з використанням нелінійних елементів можна забезпечити значення нелінійних спотворень вихідної напруги на рівні одиниць відсотка. Для зменшення нелінійних спотворень в колі зворотного зв’язку використовуються схеми АРП з керованими напругою нелінійними елементами, зазвичай на боці польових транзисторів [ ].

Для стабілізації частоти f₀ генераторів синусоїдних коливань слід використовувати точні та стабільні RC-елементи в колі зворотного зв’язку або кварцові резонатори.