Нелинейные схемы.

Активный выпрямитель.

Если амплитуда сигнала меньше, чем падение напряжения на диоде, то выпрямлять такие сигналы с помощью диодно- резистивной схемы нельзя. Как правило, для выпрямления таких сигналов прибегают к помощи ОУ и помещают диод в цепь обратной связи. Для положительного напряжения Uвх диод обеспечивает ООС, выходной сигнал за счет диода повторяет сигнал на входе, причем исключается влияние падания напряжения U_БЭ. При отрицательном напряжении Uвх ОУ переходит в режим насыщения и напряжение Uвых становится равным потенциалу земли. Для получения меньшего выходного импеданса (при нуле на выходе) можно взять резистор R с меньшим сопротивлением, но это ведет к увеличению выходного тока ОУ. Лучше всего использовать на выходе схемы повторитель на ОУ так, как показано на рисунке пунктиром. При этом выходное сопротивление будет очень небольшим независимо от величины сопротивления R.

Избирательный усилитель.

Избирательным усилителем называется схема, имеющая максимальный коэффициент передачи в узоц полосе частот вблизи fо. За пределами этой узкой полосы пропускания коэффициент усиления резко спадает к нулю. Выделение одной гармоники из сигнала сложного гармонического состава бывает необходимым при исследовании физических процессов, при управлении многими объектами.

Широко применяются избирательные усилители в связи: с помощью настройки избирательного усилителя на несущую частоту передатчика осуществляется частотная селекция полезного сигнала. Избирательные усилители позволяют выбирать нужные сигналы при передаче нескольких сообщений по одному каналу связи. В последнее время наибольшее распространение получили избирательные усилители на базе ОУ.

Если в цепи ОС использовать RС- цепь коэффициент передачи и фазовый сдвиг, который зависит от частоты, можно обеспечить требуемую зависимость коэффициента передачи избирательного усилителя от частоты.

В качестве частотозависимых цепей применяют различные RС- цепочки, например схему моста Вина. При подаче на вход усилителя несинусоидального напряжения Uвх(t) частоты fо на входе получим синусоидальный сигнал fо. На частотах, отличных от fо, коэффициент передачи моста Вина мал и можно считать, что сигнал на прямом входе ОУ Uпос=0.

На частоте fо коэффициент передачи моста Вина максимальный. Через мост Вина на вход ОУ подается сигнал ПОС, который резко увеличивает коэффициент усиления схемы по сравнению с коэффициентом усиления на частотах отличных от fо.

ЭЛЕКТРОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ.

Общие сведения.

Электронным генератором гармонических колебаний называют устройство, преобразующее энергию источника постоянного тока в энергию электромагнитных колебаний синусоидальной формы требуемой частоты и мощности.

Электронные генераторы гармонических колебаний нашли широкое применение в промышленной электронике. Их используют в приборах для контроля состава и качества различных веществ, установках для высокочастотного нагрева металлов, сушки и сварки диэлектриков, химической обработки изделий и т.д. Эти функциональные устройства являются одной из составных частей измерительных приборов и автоматических систем.

Электронные генераторы гармонических колебаний классифицируют по ряду признаков, основными из которых являются частота и способ возбуждения.

В зависимости от частоты генераторы подразделяют на низкочастотные (0.01-100 кГц), высокочастотные (0.1-100 МГц) и сверхвысокочастотные (свыше 100 МГц). По способу возбуждения различают генераторы с независимым внешним возбуждением и с самовозбуждением. Последний вид генераторов называют автогенераторами. Генераторы с независимым внешним возбуждением являются, по существу, усилителями мощности с соответствующим частотным диапазоном, на вход которых подаются электрические сигналы от автогенераторов.

Электронные генераторы могут работать в любом из режимов А,В или С, но обычно в них используется режим С ввиду возможности получения наибольшего КПД.

Условия самовозбуждения генераторов.\

На рисунке приведена структурная схема автогенератора, которая состоит из усилителя с коэффициентом усиления К и звена положительной обратной связи с коэффициентом обратной связи . Коэффициенты усиления усилителя и обратной связи являются комплексными числами, зависящими от частоты. В качестве усилителя в автогенераторах могут применяться различные усилители: на транзисторах, интегральных микросхемах и др. Звеном обратной связи являются частотно- зависимые цепи: LC-контуры и RC- четырехполюсники.

Если считать, что напряжения Uвх и Uвых близки к синусоидальным, то стационарный устойчивы режим в автогенераторе, при котором амплитуды Uвх и Uвых имеют неизменные значения, будет возможен только при выполнении условия, называемого условием самовозбуждения:

К =1 (1)

Это равенство следует из соотношений:

, и Uвых=КUвх, (2)

следовательно,

Uвых= Кuвых.

Выражение (1) можно представить в виде:

, (3)

где и - модули коэффициентов усиления и передачи соответственно усилителя и звена обратной связи, а и - аргументы этих коэффициентов.

Равенство (3) выполняется при следующих условиях:

(4)

или

(5)

Равенство (4) называется условием баланса амплитуд, а равенство (5)- условием баланса фаз. Условие баланса фаз означает, что в стационарном режиме сумма фазовых сдвигов выходных напряжений усилителя и звена обратной связи в автогенераторе равна нулю или числу n (где n=2,4,6…), что свидетельствует о наличии в рассматриваемом устройстве положительной обратной связи.

Условие баланса амплитуд соответствует тому, что потери энергии в автогенераторе восполняются звеном положительной обратной связи от источника питиания автогенератора. Для получения стационарных устойчивых колебаний в автогенераторе условие (4) должно удовлетворять этому соотношению.

Процесс возникновения колебаний в автогенераторе рассмотрим на примере следующего устройств (см.рис. а):

LC- автогенератор: а- схема; б- возникновение колебаний в автогенераторе; в- амплитудная характеристика усилителя.

В этом автогенераторе усилитель собран на полевом транзисторе и включен по схеме с общим истоком. Звеном обратной связи является катушка L, включенная в стоковую цепь транзистора и индуктивно связанная с катушкой L резонансного контура LC. Первоначально колебания в автогенераторе возникают из- за флуктуации тока в транзисторе, колебательном контуре.