2.6 Электронные регуляторы и аналоговые ключи

В электронных устройствах часто возникает необходимость в регулировках коэффициента передачи, АЧХ и других парамет­ров и характеристик. В качестве регулируемых элементов широкое применение находят полупроводниковые приборы: диоды, биполярные и полевые транзисторы, а также интегральные микросхемы. Схемы функциональных базовых узлов электронных регуляторов приве­дены на рисунке 2.30.

В схеме рисунок 2.30, а диоды VD_l и VD₂ используются в качестве сопротивлений, управляемых прямым током. Этому устройству свойственны существенные недостатки: отсутствие развязки цепей управления и сигнала; значительная мощность, потребляемая цепью управления; существенные нелинейные искажения при малых коэффициентах передачи.

Регулятор на БТ, изображенный на рисунке 2.30, б, по свойствам напоминает регулятор на диодах. Это объясняется тем, что, по сути, у транзистора переход база – эмиттер выполняет функцию диода VD₁, а переход база – коллектор – функцию диода VD₂.

а) б) в) г)

Рисунок 2.30 – Электронные регуляторы

Лучшими свойствами обладает регулятор на основе ПТ, изображенный на рисунке 2.30, в. Здесь ПТ используется в качестве управляемого сопротивления. Цепь управления практически не потребляет мощность, так как транзистор обладает чрезвычайно большим сопротивлением по управляющему входу. Регулятор характеризуется хорошей развязкой цепей сигнала и управления. В цепи сигнала нет p-n-переходов, а имеется омическое сопротив­ление, управляемое напряжением. Устройство способно регулировать сигналы с широким динамическим диапазоном и с меньшими нелинейными искажениями, чем рассмотренные выше регуляторы.

Перспективным узлом для регуляторов являются интегральные схемы аналоговых перемножителей напряжения (рисунок 2.30, г): реализующих передаточную функцию:

U_BЫХ = K∙U_ВХ1∙U_ВХ2, (2.62)

где К – коэффициент передачи перемножителя. При использовании перемножителей в качестве регуляторов, один из входов, например U_ВХ1, является управляющим, а второй U_ВХ2, используется для подачи входного сигнала. Изменяя напряжение на управляющем входе, регулируют выходное напряжение U_ВЫХ, а, следовательно, и коэффициент передачи устройства. Современные перемножители имеют слож­ные технические решения, благодаря которым способны регулиро­вать напряжения с амплитудой, достигающей 10 В с погреш­ностью, не превышающей 1%.

Рассмотренные регуляторы могут выполнять функции аналого­вых ключей. При этом ключи рассматриваются как частные случаи регуляторов, работающих в двух режимах. В одном из них к управляющим входам прикладывается отпирающее напряжение. Коэффициент передачи принимает максимальное значение К_U = 1, и ключ пропускает аналоговый сигнал на выход. В другом — к управляющим входам прикладывается большое запирающее на­пряжение. Устройство имеет минимальный коэффициент передачи (К_U0) и лишь малая доля входного сигнала из-за наличия в выходной цепи сопротивлений утечки, проходной и монтажных емкостей проходит на выход. Этот режим соответствует выклю­ченному состоянию ключа.