Аналогоцифровые преобразователи (ацп)

А ЦП осуществляет обратное преобразование аналогового сигнала в цифровой. Для обеспечения постоянства входного сигнала на АЦП во время преобразования необходимо применять схему выборки и хранения.

Принцип действия АЦП. С сигналом «Пуск» на счётчик последний начинает подавать последовательность импульсов через триггеры на вход ЦАП. ЦАП выдает аналоговый сигнал, как показано на рисунке 1. Этот сигнал подаётся на устройство сравнения (компаратор), на другой вход которого подано входное напряжение с выхода схемы выборки и хранения (СВХ). При равенстве данных значений напряжений на вход счётчика поступает сигнал «Стоп». Это сигнализирует об окончании преобразования аналогового сигнала в цифровой, и на вход регистров с триггеров поступает цифровой двоичный код, соответствующий амплитуде входного сигнала.

Обратные связи в усилителях

Обратные связи в усилителях делятся на положительные обратные связи ПОС и отрицательные обратные связи ООС. ПОС необходимы для создания автогенераторов и получается в результате с выхода части энергии в фазе с действующим на входе напряжением.

ООС это, когда выходной сигнал передаётся в противофазе на вход усилителя. ООС необходимы температурных режимов работы, т. к. производимость полупроводников резко зависит от их температуры. ОС делятся на ОС по току и ОС по напряжению. По току — когда действующий на входе сигнал пропорционален току нагрузки. По напряжению — действующий на входе сигнал пропорционален напряжению действующему на выходе.

ОС делятся на параллельные и последовательные по отношению к действующему входному напряжению. Всего восемь типов связей.

Перемещение рабочей точки РТ2 влечет за собой срез вершины коллекторного тока, а это в свою очередь приводит к нелинейным искажениям выходного сигнала, и, как следствие, потерю информации. Увеличение тока приводит к увеличению потери напряжения на Rэ (порядка 100 .. 200 Ом). Это напряжение прикладывается на вход в противофазе с действующим входным напряжением, что снижает коллекторный ток. Для того, чтобы не снижать коэффициент усиления по переменному току, Rэ шунтируется Сэ (единицы микрофарад), сопротивление которого значительно меньше.

R_б1 и R_б2 служат для начального смещения потенциала базы относительно потенциала эммитера. С1, С2 – разделительные конденсаторы, которые не пропускают постоянную составляющую с предыдущих в последующие каскадаы усиления.

Генераторы гармонических (синусоидальных) сигналов. (ггс)

- коэффициент петлевого усиления, характеризует глубину ОС. ГГС преобразует энергию источника питания в незатухающие гармонические сигналы. Фильтром, выделяющим гармонику, является колебательный контур. При параллельном соединении С и L :

, ,

Существует два типа генераторов: низкочастотные - до 100 кГц. Используют RC фильтры в виду больших габаритновесовых характеристик. LC фильтры используют в высокочастотных генераторах до 100 МГц. Свыше 100 МГц — СВЧ генераторы, в качестве фильтров которых используют линии с распределёнными параметрами и волноводные системы передачи энергии.

В качестве регулирующего устройства, обеспечивающего непрерывную подачу энергии от источника питания в контур, является транзистор. Транзистор, в силу своих физических свойств, осуществляет переворот фазы входного сигнала (по схеме с общим эмиттером), поэтому для обеспечения ПОС необходимо осуществить фазовый сдвиг на 180⁰. С этой целью используются различные схемотехнические решения:

1. Автотрансформаторная связь;

2. Взаимоиндуктивная связь;

3. Емкостная трёхточка;

4. Индуктивная трёхточка

5. R C-связь;

При подаче питающего напряжения на транзистор С_к заряжается. По окончании заряда (установившийся режим) С_к разряжается на Lк. Этот процесс повторяется беспрерывно за счёт коммутации транзистора VT1. Часть выходного напряжения подаётся через взаимоиндуктивность на L_б, т. е. на базу VT1. Т.к. контур при резонансе обладает чисто активным сопротивлением, то сдвиг фазы между током коллектора и U_кэ равен нулю. Необходимо так организовать связь между катушками, чтобы выходная энергия, передающаяся на вход, была в противофазе с выходной, т.е. осуществлялся поворот фазы на 180⁰. На переходной характеристике виден рост выходного напряжения до максимального значения.

Для достижения автогенерации (самопроизвольное возбуждение) необходимо соблюсти два условия: баланс фаз и баланс амплитуд. Баланс фаз: , где - фаза выходного напряжения относительно входного напряжения. Баланс амплитуд: , где k – коэффициент усиления транзистора, - коэффициент ОС.

RC-ГЕНЕРАТОРЫ

На низких частотах (до 20 кГц) в качестве фазовращающей цепи используются RC-цепи. Это приводит к снижению габаритно-весовых показателей генераторов, т.к. размеры индуктивности на низких частотах довольно велики.

Д ля увеличения угла, на который будет смещаться фаза сигнала, требуется уменьшать активную составляющую напряжения U_R на RC-цепи, т.е. уменьшать активное сопротивление R. Но т.к. выходное напряжение RC-цепочки снимается именно с активного сопротивления R, а U_R=U_вых прямо пропорционально R, то ясно, что если сопротивление R уменьшать до 0 (соответствует повороту фазы на 90), то и выходное напржение станет равным 0(близким к 0), что недопустимо. Поэтому в электронике принято ограничение на максимальный угол поворота фазы, равный 60 (см. векторную диаграмму), и для поворота фазы на 180 используют цепь, состоящую из последовательного соединения 3-х RC-цепочек. Эта цепь может быть двух видов (см. рис.).

В первом случае резонансная (собственная) частота будет определяться из выражения

,

при условии, что

.

А налогичный переворот фазы на 180 получается при последовательном соединении резисторов и параллельном соединении емкостей. В этом случае резонансная частоты будет определяться:

И в первом, и во втором случаях коэффициент затухания сигнала составит

Следовательно, для обеспечения генерации незатухающих колебаний необходимо, чтобы коэффициент усиления по напряжению транзистрного усилителя был больше или равен 29.

Последующие звенья фазовращающей цепи оказывают шунтирующее действие на предыдущие цепи. Это сказывается на добротности фильтра, и, как следствие, происходит генерация колебаний не на одной частоте, а на нескольких гармониках, т.е. происходит искажение формы гармонического сигнала. Для исключения этого явления используют так называемые прогрессивные цепи ОС, где значения сопротивлений и ёмкости выбирают из условия:

где m – целое число, принимающее значения 4 или 5.

С хема RC-генератора

На схеме:

С1, С2 – разделительные конденсаторы;

- обеспечивают смещение потенциала базы VT1 относительно потенциала эмиттера.

Рабочая точка эмиттерного повторителя на VT1 находится в центре линейного участка (см. рис.) выходной характеристики транзистора VT1. Т.к. VT1 собран по схеме с общим коллектором, он обладает большим входным сопротивлением. Это снижает шунтирующее действие на фазовращающую цепь.

- обеспечивают смещение потенциала базы VT2 относительно потенциала эмиттера в режиме покоя (при отсутствии входного напряжения).

R_Э2, С_Э – обеспечивают температурную стабилизацию режима работы генератора за счёт ООС.

R_K – является нагрузкой VT2.

Фазовращающая цепь состоит из .

Д анный генератор является генератором с самовозбуждением, т.е. при подаче питающего напряжения происходит открывание VT2. Отрицательный потенциал коллектора, пройдя фазовращающую цепь, поворачивается на 180. Этот сигнал подаётся на базу VT1, что обеспечивает открывание VT1 и увеличение положительного потенциала на эмиттере VT1. Этот положительный потенциал подаётся на базу VT2, что способствует дальнейшему открыванию VT2, и рабочая точка VT2 перемещается в область насыщения. В этом случае прекращается дальнейший рост коллекторного тока VT2, и на выход VT1 не подаётся никакого сигнала ( зарядились до насыщения). Это приводит к закрыванию транзистора VT1 и, соответственно, VT2, т.е. происходит обратный процесс. Данный тип генераторов обладает большой нестабильностью частоты генерации. Для стабилизации частоты используют прямой пьезоэлектрический эффект (т.е. применяют кварц). Кварц включают вместо ёмкости фазовращающей цепи. Т.к. эквивалентной схемой замещения кварца является последовательное соединение трёх элементов: индуктивности, ёмкости, активного сопротивления (см. рис.). L_кв незначительно и определяется только индуктивностью выводов кварца; C_кв мала (единицы пФ); R_кв велико (сотни кОм).