46. Источники напряжения, управляемые током.

Для точных измерений слабых токов, в цифро-аналоговых преобразователях и в некоторых других устройствах требуется получение напряжения, пропорционального входному току. При этом во многих случаях необходимо, чтобы преобразовательток-напряжение имел, по возможности, минимальные входное и выходное сопротивления (в идеале – нулевое). Схема источника напряжения, управляемого током, приведена на рис. 7. Если усилитель идеальный, то i>Uд= 0 и Uвых= –RIвх. Если коэффициент усиления ОУ KU конечен, то (5) (6) где Rи – сопротивление источника входного сигнала. Рис. 7. Источник напряжения, управляемый током

47. Источники тока, управляемые напряжением, инверторы сопротивления.

48. Схемы нелинейного преобразования сигналов на ОУ. Логарифмирующие преобразователи.

В логарифмирующих и экспоненциальных преобразователях для получения требуемой функциональной характеристики используются свойства смещенного в прямом направлении p-n-перехода диода или биполярного транзистора. Такие преобразователи входят в качестве отдельных узлов в различные устройства, выполняющие математические операции. Логарифмирующие преобразователи применяются также для компрессии сигналов, имеющих большой динамический диапазон, например звуковых сигналов, причем некоторые из них пере-крывают динамический диапазон в 140 дБ или 7 декад.

На рис. 24 приведена схема простейшего логарифмирующего преобразователя. Эта схема очень проста, но имеет много недостатков, в частности большие отклонения от логарифмической зависимости и дрейф выходного напряжения при изменениях температуры.

Рис. 24. Основная схема логарифмирующего преобразователя

Ток диода приближенно описывается выражением:

(31)

где U – напряжение на диоде,q – заряд электрона, k – постоянная Больцмана,I₀ – обратный ток диода, Т – температура в градусах Кельвина.

Тогда для вышеприведенной схемы получим:

следовательно

Для получения логарифмической зависимости необходимо, чтобы U₁/R₁ » I₀, т.е.

(32)

Для кремниевого диода I₀ = 1 нА, а значение kT/q = 25 мВ при комнатной температуре.

Простейший логарифмирующий преобразователь применяется редко из-за двух серьезных ограничений.

Во-первых, как следует из (32), он очень чувствителен к температуре.

Во-вторых, диоды не обеспечивают хорошей точности преобразования, т.е. зависимость между их прямым напряжением и током не совсем логарифмическая. Поэтому удовлетворительная точность в этой схеме может быть получена при изменении входного напряжения в пределах двух декад.

Лучшие характеристики имеют логарифмирующие преобразователи на биполярных транзисторах. При этом возможно два вида включения транзистора – с заземленной базой (рис. 25а) и диодное (рис. 25б).

49. Схемы нелинейного преобразования сигналов на ОУ. Экспоненциальные преобразователи.

Тут http://stu.alnam.ru/book_ane-53 или http://allrefs.net/c34/3pndn/p2/

 В экспоненциальных преобразователях обычно применяется  включение транзистора с заземленной базой (рис. 2.20).

Выходное напряжение этой схемы определяется выражением

 

.

 

Рис.2.19

 

Рис. 2.20

 

    Промышленность выпускает несколько видов ИМС логарифмирующих и экспоненциальных преобразователей, например: ICL8048 и ICL8049. Некоторые из них предназначены для выполнения только одной функции, другие, такие, как SSM-2100, могут осуществлять обе функции. Хорошие характеристики имеют такие ИМС, как LOG100 с динамическим диапазоном 5 декад и суммарной погрешностью не более 0,37 %, и AD8309, с динамическим диапазоном 95 дБ в полосе частот до 350 МГц.

 

50. Аналоговые регуляторы усиления, перемножители, делители.

51. Трансформаторные усилители мощности.

Эти усилители предназначены для получения максимальной, мощности переменного тока в нагрузке усилителя при заданной амплитуде входного напряжения и допустимых искажениях выходного напряжения. Усилители мощности могут выполняться по однотактной. и двухтактной схемам. Для удобства согласования выходного сопротивления усилителя с нагрузкой ее подключают через выходной согласующий трансформатор. Пря этом схема однотактного усилителя мощности аналогична схеме трансформаторного усилителя (см. рис. 8).

Недостатком однотактных усилителей мощности является то, что они имеют низкий КПД (до 30 %). Поэтому для получения больших мощностей усилители обычно выполняют по двухтактным схемам. Двухтактный усилитель содержит как бы два однотактных усилителя, работающих на общую нагрузку, и имеющих общий источник питания.

Схема двухтактного трансформаторного усилителя приведена на рис.10.

 Рассмотрим, как работает такой усилитель, если на его вход подается сигнал в виде переменного напряжения синусоидальной формы (рис.11,а). Во вторичной обмотке входного трансформатора это напряжение разделяется на два одинаковых напряжения, которые в противофазе подаются на эмиттерные переходы транзисторов VT1 и VT2 (рис.11,б,г). Таким образом, если на базе транзистора VT1 действует положительный полупериод входного напряжения, то на базе транзистора VT2 —отрицательный. Спустя полпериода полярность напряжений на базах меняется на противоположную. В исходном состоянии оба транзистора немного приоткрыты, благодаря небольшому отрицательному напряжению, подаваемому на базы с делителя R1R2.

В течение действия положительного напряжения на базе транзистора VT1 он закрывается, и его коллекторный ток IK1 оказывается близким к нулю (рис.11,в). В это время транзистор VT2 открывается, так как на его базе входное напряжение имеет отрицательную полярность, и его коллекторный ток IK2 изменяется всоответствий с законом изменения отрицательного напряжения на базе (рис.11,д).

Через полпериода, наоборот, открывается транзистор VT1, а транзистор, VT2 закрывается, вследствие чего протекает импульс коллекторного, тока IK1, а коллекторный ток второго транзистора IK2=0. Через полпериода состояния транзисторов снова изменяются на противоположные и т. д.

Коллекторные токи протекают через первичную обмотку выходного

трансформатора в противоположных направлениях, поэтому результирующий

ток первичной обмотки, равный разности коллекторных токов

IK1 и IK2 протекает в каждый полупериод входного напряжения и также

имеет синусоидальную форму (рис.11,е); Такую же форму будут

иметь ток и напряжение, создаваемые во вторичной обмотке выходного

трансформатора.

Недостаток трансформаторного двухтактного усилителя громоздкость выходного трансформатора. В связи с этимнаиболеераспространенными

среди транзисторных двухтактных усилителей являются бестрансформаторные усилители.

52. Генераторы гармонических колебаний. Основные понятия.

Генераторы гармонических колебаний служат для преобразования энергии источников постоянного тока в энергию электрических гармонических колебаний при отсутствии внешней переменной ЭДС.

Структурную схему генератора (рис. 6.1, а) можно представить в виде системы с обратной связью, состоящей из усилителя с коэффициентом усиления K и частотозависимой цепи с функцией передачи . Условие генерации

(6.1)трический гармонический

обычно записывается в виде двух условий – условия баланса фаз и условия баланса амплитуд:

,

где и – петлевой фазовый сдвиг и петлевой коэффициент усиления на частоте .

При выполнении этого условия любой усилитель, охваченный ПОС становится генератором, на выходе его появляются колебания, независимые от входного сигнала (автоколебания). Явление возникновения автоколебаний в усилителе называется самовозбуждением.

Условие возникновения автоколебаний можно разделить на две составляющие:

1) Условие баланса амплитуд: К∙β=1. Физический смысл: результирующее усиление в контуре, состоящем из последовательного соединения усилителя и цепи ОС должно быть равно единице. Если цепь ОС ослабляет сигнал, то усилитель должен на 100% компенсировать это ослабление. То есть если в любом месте разорвать контур ПОС и на вход подать сигнал от внешнего источника, то пройдя по контуру К∙β с выхода разрыва цепи ОС вернется сигнал точно такой же амплитуды, что был подан на вход разрыва.

2) Условие баланса фаз: arg(K·β)=0. Физический смысл: результирующий фазовый сдвиг, вносимый усилителем и цепью ОС должен быть равен нулю (или кратен 2π). То есть при подаче сигнала на разрыв, вернувшийся сигнал будет иметь точно такую же фазу. При выполнении этого условия ОС будет положительна.

Для существования автоколебаний необходимо одновременное выполнение этих условий. Если эти условия выполняются не для одной частоты, а для целого спектра частот, то генерируемый выходной сигнал будет сложным (не гармоническим). Для обеспечения синусоидальности выходного сигнала генератор должен генерировать сигнал только одной единственной частоты. Для этого необходимо, чтобы условия возникновения автоколебаний выполнялись для единственной частоты, которая и будет генерироваться. Для этого делают К или β частотно-зависимыми. Как правилоβ имеет максимум β0 на некоторой частоте ω0. Поэтому на ω0 и коэффициент усиления будет иметь максимум К0. Величины К0 и β0 обеспечивают такими, чтобы они удовлетворяли условиям возникновения автоколебаний. Тогда при отклонении частоты от ω0 и условия возникновения автоколебаний выполнятся не будут, что приведет к затуханию колебаний этой частоты и на выходе генератора будут только гармонические колебания частоты ω0.

В зависимости от того, каким способом в генераторе обеспечивается условие баланса фаз и амплитуд, различают генераторы:

1) RC-типа;

2) LC-типа.

53. Условия возникновения и существования незатухающих колебаний.

54. Режимы самовозбуждения.

55. LC-генераторы

Такой генератор строят на основе усилительного каскада на транзисторе, включая в его коллекторную цепь колебательный LC-контур. Для создания ПОС используется трансформаторная связь между обмотками W1 (имеющей индуктивность L) и W2 (рис. 2.1).

Рис. 2.1 - Генератор LC-типа

Напряжение U2 является напряжением ОС. Оно связано с напряжением первичной обмотки W1 коэффициентом трансформации:

Коэффициент трансформации в данном случае является коэффициентом передачи ОС, показывая какая часть напряжения  передается на вход. Для выполнения баланса амплитуды на частоте ω0 должно выполнятся равенство

Из этого условия рассчитывается необходимое число витков вторичной обмотки, чем обеспечивается условие баланса амплитуд. Для обеспечения баланса фаз необходимо обеспечить соответствующее включение начал и концов обмоток, чтобы ОС была положительной. Емкость С1 выбирают такой, чтобы ее сопротивление на частоте генерации было незначительным по сравнению с R2. Это исключает влияние сопротивления делителя на ток во входной цепи транзистора, создаваемый напряжением ОС. Назначение RЭ и СЭ такое же, как в обычном усилительном каскаде. LC-генераторы, также как и LC-избирательные усилители применяют в области высоких частот, когда требуются небольшие величины L и имеется возможность обеспечить высокую добротность LC-контура. А на низких и инфранизких частотах, когда построение LC-генератора затруднительно, используют RС цепи тех же типов, что и для избирательных усилителей.

56. Автогенераторы частоты без поворота фазы в цепи обратной связи на базе ОУ.

57. Автогенераторы частоты с поворотом фазы в цепи обратной связи на базе ОУ.

58. Стабилизация амплитуды колебаний.

Колебания со стабильной амплитудой можно получить реализуя следующую

структурную схему :

Рис.3.1. Структурная схема RC-генератора со стабилизацией амплитуды. [3]

RCГ – RС-генератор;

СУ - сравнивающее устройство;

УУ - устройство управления амплитудой;

U0 - источник опорного напряжения.

В качестве управляемых сопротивлений в RC-фильтрах могут использоваться

полевые транзисторы, фоторезисторы, терморезисторы и т.д.

Рис.3.2 RC-генератора со стабилизацией амплитуды с помощью моста Вина[3]

Чаще всего используют мост Вина, т.к. он обеспечивает малые нелинейные

искажения (НИ) при полной амплитуде. Для ускорения запуска необходимо обеспечить в11

начальный момент К>3. Если после установки режима К>3, то сигнал будет ограничиваться

(трапеция), а при К<3 произойдет затухание колебаний. Для точной фиксации К = 3

используют нелинейные элементы (лампы накаливания, АРУ на полевом транзисторе,

детектор ошибки).

Рис.3.2 RC-генератора со стабилизацией амплитуды с помощью моста Вина и диодов [3]

где

C1, R1, C2, R2 - мост Вина.

При малой амплитуде VT1 открыт и блокирует отрицательную обратную связь. При

достижении амплитудой на выходе напряжения пробоя VD1, VD2 отрицательная полуволна

заряжает фильтр R5,C4 и запирает VT1, включая отрицательную обратную связь.

Стабилизация амплитуды обеспечивается регулировкой глубины обратной связи.

59. Стабилизация частоты колебаний генератора

СТАБИЛИЗАЦИЯ ЧАСТОТЫ - совокупность методов увеличения стабильностичастоты. Различают: а) затягивание частоты путём связи генератораколебаний с дополнит.колебат. системой, характеризуемой высокой добротностью; б) захватывание частоты путём связи данного генератора колебанийс генератором, обладающим более стабильной частотой; в) параметрическуюС. ч.- стабилизацию параметров приборов, генерирующих периодич. колебания.

Стабильность частоты автогенератора является одной из важнейших его характеристик, которая в значительной степени определяет надежность работы системы связи. В частности, высокая степень постоянства частоты обеспечивает возможность вхождения в связь без предварительного поиска корреспондента и ведение связи без подстройки.

Изменение частоты под воздействием различных дестабилизирующих факторов называется нестабильностью частоты.

Различают абсолютную нестабильность частоты, равную абсолютному значению отклонения частоты от её номинального значения

и относительную нестабильность, выражаемую отношением

,

где f – текущее (реальное) значение частоты;

f _НОМ – номинальное ( заданное) значение частоты.

Для повышения устойчивости работы генераторов широко применяется параметрическая и кварцевая стабилизация частоты. В первом случае в колебательные системы включают одновременно элементы, изготовленные из материалов с различными знаками температурного коэффициента. Например, включенные последовательно или параллельно конденсаторы с различными температурными коэффициентами будут сохранять их общую емкость постоянной для данного вида соединения.

Стабильность параметров катушек индуктивности при температурных колебаниях окружающей среды поддерживается специальным способом их изготовления, например впеканием ее витков в каркасы с малыми значениями температурного коэффициента.

При кварцевой стабилизации используется свойство кварца устойчиво сохранять свои геометрические размеры в пределах рабочих температур. Вырезанные специальным

60. Аналоговые интегральные схемы. Общие сведения. Классификация.

61. Интегральные операционные усилители. Общие сведения. Классификация.

62. Аналоговые интегральные усилители. Общие сведения. Классификация.

63. Аналоговые интегральные генераторы. Общие сведения. Классификация.