Глава 10. Функциональные устройства на операционных усилителях

Рис. 10.26. Схема экспоненциального преобразователя

Выходное напряжение этой схемы определяется выражением:

при e

kT U1 〉〉1 .(10.32)

U 2 = − I K 0 ROC

Промышленность выпускает несколько видов ИМС логариф-

мирующих и экспоненциальных преобразователей, например,

ICL8048 и ICL8049. Некоторые из них предназначены для выпол-

нения только одной функции, другие, такие, как SSM – 2100, могут

осуществлять обе функции. Хорошие характеристики имеют та-

кие ИМС, как LOG100 с динамическим диапазоном 5 декад и

суммарной погрешностью не более 0,37 % и AD8309 с динами-

ческим диапазоном 95 дБ в полосе частот до 350 МГц.

§8. Прецизионные выпрямители на оу

Во многих устройствах обработки аналоговых сигналов, на-

пример, в измерительных схемах, необходимо выделение либо

составляющих только одной полярности (однополупериодное вып-

рямление), либо определение абсолютного значения сигнала (двух-

полупериодное выпрямление). Эти операции могут быть реализо-

ваны на пассивных диодно-резистивных цепях, но значительное

прямое падение напряжения на диодах (0,5 – 1 В) и нелинейность

его вольт-амперной характеристики вносят в этом случае значи-

тельные погрешности, особенно при обработке слабых сигналов.

Применение ОУ позволяет в значительной степени ослабить вли-

яние реальных характеристик диодов.

Однополупериодные выпрямители. Схемы однополупериод-

ных выпрямителей, приведенные на рис. 10.27, отличаются друг

от друга передаваемой волной входного сигнала (положительной

– 225 –

q

U1

kTe

q

Л.В. Кропочева. «Усилительные устройства»

или отрицательной) и знаком коэффициента передачи (инвертиру-

ющие и неинвертирующие). Неинвертирующие однополупериодные

выпрямители имеют более высокое входное сопротивление, чем

инвертирующие. В инвертирующем выпрямителе диод VD1 откры-

вается на соответствующей полуволне сигнала, обеспечивая его

передачу на выход с коэффициентом, определяемым отношением

резисторов R1 и R 2 . Диод VD 2 смещен при этом в обратном на-

правлении. Неинвертирующий выпрямитель при передаче попуска-

емой полуволны работает примерно также, однако их функциони-

рование в режиме отсечки существенно различается.

Рис. 10.27. Схемы однополупериодных выпрямителей

Как в инвертирующем, так и в неинвертирующем выпрями-

телях диод VD 2 введен для повышения их быстродействия. Если

исключить этот диод, то в режиме отсечки ОУ входит в состоя-

ние насыщения.

– 226 –

Глава 10. Функциональные устройства на операционных усилителях При переходе в режим пропускания оу сначала должен вый-

ти из насыщения, а затем его выходное напряжение будет доста-

точно долго нарастать до уровня открывания диода VD1 . Введе-

ние диода VD 2 предотвращает насыщение ОУ и ограничивает пе-

репад его выходного напряжения при смене полярности входного

сигнала. В неинвертирующей схеме диод VD обеспечивает огра-2

ничение выходного напряжения ОУ путем замыкания его выхода

на землю, поэтому ОУ должен допускать короткое замыкание на

выходе в течение неограниченного времени. Кроме того, в неин-

вертирующей схеме операционный усилитель должен иметь боль-

шое допустимое дифференциальное входное напряжение и малое

время восстановления из режима ограничения выходного тока.

Существенным недостатком представленных выше схем

является их высокое выходное сопротивление, имеющее к тому

же нелинейный характер.

Двухполупериодные выпрямители. Наиболее просто реали-

зуются прецизионные двухполупериодные выпрямители с неза-

земленной нагрузкой, например, стрелочным миллиампермет-

ром. Схема такого устройства приведена на рис. 10.28. Здесь опе-

рационный усилитель служит в качестве управляемого по напря-

жению источника тока. Поэтому выходной ток не зависит от па-

дения напряжения на диодах и сопротивления нагрузки R .

H

Рис. 10.28. Двухполупериодный выпрямитель с незаземленной

нагрузкой

Мостовая схема выпрямляет обе полуволны входного сиг-

нала, при этом выпрямленный ток протекает через нагрузку:

I ВЫХ = U BX / R .

– 227 –

Л.В. Кропочева. «Усилительные устройства»

Эта схема не требует согласования резисторов и имеет вы-

сокое входное сопротивление.

Простейшая схема двухполупериодного выпрямителя с

заземленной нагрузкой приведена на рис. 10.29,а. Здесь исполь-

зуется дифференциальное включение ОУ.

Рис. 10.29. Двухполупериодный выпрямитель с заземленным диодом

Положительная полуволна входного напряжения запирает

диод, в результате чего схема работает в режиме неинвертирую-

щего усилителя с коэффициентом передачи, равным единице, и

U ВЫХ = U BX . Отрицательная полуволна открывает диод. Если бы

прямое падение напряжение на диоде было равно нулю, то схема

работала бы в режиме инвертирующего усилителя с единичным

коэффициентом и U ВЫХ = −U BX . Схема очень проста, но из-за

неравенства нулю прямого напряжения на диоде последнее ра-

венство выполняется с большой погрешностью.

Точность можно повысить, если в схеме на рис. 10.29,а за-

менить диод VD1 моделью идеального диода на ОУ2 (рис. 10.29,б).

Здесь при положительной полуволне входного сигнала выходное

напряжение ОУ2 будет отрицательным, в результате чего диод

VD1 закроется, а VD 2 откроется. Выход усилителя ОУ2 будет

соединен с общей точкой практически накоротко, и цепь обратной

связи усилителя разомкнута. Усилитель ОУ1 работает в режиме

неинвертирующего повторителя. При отрицательной полуволне

входного сигнала диод VD1 открыт, а диод VD 2 закрыт. Цепь

обратной связи ОУ2 замкнута через открытый диод VD1 , поэто-

му напряжение между входами ОУ2, а стало быть, и на неинвер-

– 228 –