7. Дифференциатор-инвертор.

─Iос Rос

┌─────██████──────┐

│ │

C1 a│ Uвх-┌──┬──┬──┐ │

U1───█ █────┴──────┤- │M│ │ │

─ ─Iвх│ │ │ ├─┴─ Uвых.

I1 ┌──┤+ │ │ │

│ └──┴──┴──┘

─┴─ AD1

См. стр.27-29 [2].

8. Неинвертирующие схемы на основе дифференциального

операционного усилителя.

─Iвх+┌──┬──┬──┐

Uвх ──────┤+ │M│ │

Uвх-│ │ │ ├───────┬───── Uвых.

┌──┤- │ │ │ │

│ └──┴──┴──┘ ▐█▌

│ Z1▐█▌I1 Uвых.=((Z1+Z2)/Z2)Uвх.

│ b│

└───────────────────┤Ub

│

▐█▌

См. стр.17-18 [2]. Z2▐█▌I2

│

─┴─

9. Повторитель.

┌──┬──┬──┐

Uвх ──────┤+ │M│ │

│ │ │ ├───────┬───── Uвых.

┌──┤- │ │ │ │

│ └──┴──┴──┘ │

│ │ Uвых.= Uвх.+ Eсм.0

│ │

└───────────────────┘

См. стр.18-19 [2].

10. Неинвертирующий усилитель.

─Iвх+┌──┬──┬──┐

Uвх ──────┤+ │M│ │

Uвх-│ │ │ ├───────┬───── Uвых.

┌──┤- │ │ │ │

│ └──┴──┴──┘ ▐█▌

│ R1▐█▌I1 Uвых.=((R1+R2)/R2)Uвх.

│ b│

└───────────────────┤Ub

│

▐█▌

R2▐█▌I2

│

─┴─

См. стр.17-18 [2].

11. Комбинированные схемы на основе

операционного усилителя. Вычитатель.

R

┌─────██████──────┐

│ │

R │ ┌──┬──┬──┐ │

U1──██████──┴──────┤- │M│ │ │

R │ │ │ ├─┴─ Uвых. = U2 - U1

U2──██████──┬──────┤+ │ │ │

│ └──┴──┴──┘

▐█▌

R▐█▌

│

─┴─

См. стр.19-20 [2].

12. Инструментальные усилители.

См. стр.19-22 [2].

13. Компараторы.

┌───┬───┬───┐

U1 ──┤ - │THR│Out├── Uвых.

│ │ │ │

U2 ──┤ + │ │ │ "Лог.1", если U2 > U1

└───┴───┴───┘ Uвых.= {

"Лог.0", если U1 < U2

См. стр.29-32 [2].

14. Аналоговые ключи.

См. стр.223-225 в [3] и стр.522-534 в [5].

15. Аналоговые коммутаторы.

См. стр.223-225 в [3] и стр.522-534 в [5].

16. Аналоговое ЗУ ( УВХ ).

Устройства выработки - хранения (УВХ) или - что то же самое - аналогов-

ые запоминающие устройства (АЗУ) предназначены для запоминания и временного

хранения уровней аналоговых сигналов (обычно напряжения). Очень часто УВХ

используются для уменьшения погрешности в выходном коде аналого-цифрового

преобразователя, связанной с неопределенностью значения входного сигнала в

течение времени преобразования при очень быстром его изменении. УВХ нужны та-

кже для многоканальных систем сбора данных, где они обеспечивают хранение от-

счета для выполнения преобразования по одному каналу, в то время как мультип-

лексор переключается на другой канал. Они иногда используются для фиксации

импульсных помех во входном сигнале или в тех случаях, когда нужно выполнить

отсчеты значений двух или большего числа сигналов в один и тот же момент вре-

мени (одновременная выборка).

На рис.1 показаны упрощенная принципиальная схема и форма сигналов

для типичного УВХ. Аналоговый ключ S1 замыкается при поступлении команды

SAMPLE (выборка). Конденсатор Сх начинает заряжаться (или разряжаться) до

S1

┌────┐ / ┌────┐

Аналоговый ─────>│+1 │───────/| ─────────┬────┤+1 │──────> Выходной

входной сигнал └────┘ | │ └────┘ сигнал УВХ

Ui | ═╪═ Cх Uo

| │

┌─────┴────┐ ─┴─

│ Схема │

│управления│

│ УВХ │

└──────────┘

Рис.1. Устройство выборки - хранения (УВХ). Упрощенная

принципиальная схема.

уровня входного сигнала. После определенной временной задержки, называемой

"временем захвата" или временем записи, напряжение на конденсаторе достигает

границ узкой области вблизи уровня входного сигнала, ширина которого опреде-

ляется установленной точностью приближения к этому уровню, и остается внутри

данной области. Команда HOLD (Хранение) вызывает размыкание ключа S1, но на

самом деле ключ размыкается после короткого временного интервала, называемого

"апертурным временем задержки". Типичное значение апертурного времени Ta - не-

сколько десятков наносекунд. После размыкания ключа должно пройти некоторое

"время установления", прежде чем выходной сигнал УВХ стабилизируется, т.е.

придет к установившемуся значению, и будет готов для преобразования. Однако и

после стабилизации уровень этого сигнала на самом деле не остается постоян-

ным, а медленно спадает со временем (утечка заряда). Кроме того, наличие па-

разитной емкости может привести к появлению на выходе УВХ выбросов напряжения,

представляющих собой ослабленный отклик схемы на любые большие изменения вхо-

дного сигнала. Это явление называется паразитным прохождением сигнала в режи-

ме хранения.

Следует обратить особое внимание на выбор типа и номинала запоминающего

конденсатора. При выборе конденсатора с малой емкостью уменьшается время зах-

вата, но увеличивается спад напряжения в режиме хранения. С другой стороны,

конденсатор с большой емкостью более точно хранит напряжение, но при этом мо-

жет быть неприемлемо велико время захвата. При использовании УВХ в АЦП время

хранения, как правило, ненамного превышает время преобразования АЦП. Поэтому

для заданного номинала конденсатора мы можем оценить полный спад напряжения

за время одного преобразования. Номинал конденсатора выбирается таким обра-

зом, чтобы получить наилучшее время захвата при условии, что спад напряжения

за время одного преобразования не превышает величины МЗР. Тип выбираемого

конденсатора также имеет важное значение, поскольку диэлектрическая абсорбция

(диэлектрические потери) в запоминающем конденсаторе являются одним из источ-

ников погрешностей. Лучше всего здесь работают конденсаторы с диэлектриком из

полипропилена, полистирола и тефлона. Слюдяные и поликарбонатные конденсаторы

имеют уже весьма посредственные характеристики. И совсем не следует использо-

вать керамические конденсаторы, которые характеризуются высокой диэлектричес-

кой абсорбцией, то есть своеобразным дополнительным "притягиванием" электри-

ческих зарядов, вследствие чего появляются новые трудноустранимые погрешнос-

ти в работе АЗУ.

Несколько фирм выпускают монолитные УВХ общего назначения с типичными

значениями времени захвата 4 мкс при точности 0,1% или 10...20 мкс при точ-

ности 0,01%. Средние рабочие характеристики при низкой стоимости делают эти

устройства наиболее приемлемыми для большинства применений. Если нужны более

высокие рабочие характеристики, можно использовать гибридные и модульные УВХ,

выпускаемые фирмами Datal-Intersil, Burr-Brown, Analog Davices и некоторыми

другими.

Для оценки качества работы УВХ можно использовать параметр, часто назы-

ваемый скоростью спада, хотя на самом деле он может показывать как спад, так

и нарастание напряжение на выходе УВХ в режиме хранения, поскольку в форми-

ровании этого показателя принимают участие многие факторы, в том числе вели-

чины различных токов утечки, входного тока повторителя, качество диэлектрика

конденсатора хранения и т.д. Величину спада Uсп можно рассчитать следующим

образом:

Uсп = dUвых / dt,

где dUвых - изменение выходного напряжения ( в вольтах) за время dt (в секу-

ндах).

Список контрольных вопросов.

1. Для чего может использоваться аналоговое запоминающее устройство?

2. Каково число входов аналоговой информации для типичных схем АЗУ?

3. Какой элемент выполняет основную функцию - хранение информации - в АЗУ?

4. Сколько режимов работы у схемы КР1100СК2?

5. Чем задается режим работы УВХ КР1100СК2?

6. Какие уровни сигналов управления в микросхеме КР1100СК2 (ответьте одним словом по русски)?

7. В каком диапазоне входных и выходных сигналов может запоминать напряжения УВХ КР1100СК2?

8. Каковы типовые напряжения питания микросхемы КР1100СК2?

См. стр.214-217 в [2]

Структурная схема установки для лабораторных работ.

┌───────────────────────┐ КР1100СК2

│ Источники │ ┌────┬────┬────┐

│ сигналов: │ │ │S&H │ │

├────────────────┬──────┤ ┌────────┤Uin │ │Uout├──────┐

│ Начальное │ │ │ │ │ │ │ │

│ напряжение │ │ │ ├────┤ │ │ │

│хранения в УВХ, │Ustart├──┘ ┌────┤ C │ │ │ │

│вольт: │ │ │┌───┤-C │ │ Cx ├──┐ │

├────────────────┼──────┤ ││ │ │ │ │ │ │

│Режим: запись, │ Umode├──────┘│ └────┴────┴────┘ │ │

│затем хранение │ GND ├───────┘ │ │

├────────────────┼──────┤ │ │ ┌───┬───────────┐

│ Период │ │ │ └─┤ Y │ Двухкоор- │

│ съема выходного│ GND ├─────────────┤├──────────────┘ │ │ динатный │

│ напряжения УВХ,│ │ Схр.= 3.3 нФ │ │ графопо- │

│ мС: │ T ├───────────────────────────────────┤ X │ строитель │

└────────────────┴──────┘ └───┴───────────┘