2. Исследование детектора малых сигналов, генератора прямоугольных импульсов и rc-генератора синусоидальных колебаний

2.1 Описание схем выполненных в лабораторном макете

0. Детектор из ОУ

В целом ряде случаев, в том числе для измерительных приборов, определяющих эффективные значения малых сигналов переменного напряжения, необходимые вентили с малым порогом открывания.

Полупроводниковые диоды оказываются непригодными для этих целей. так как напряжение порога открывания p-n перехода составляет примерно 0,3 В для германиевых и 0,7 В для кремниевых переходов. Если диод используется в цепи 00С, 0У удается снизить приведенный ко входу порог открывания (детектирования) примерно в К_{И О.С.} раз.

Схема детектора малых сигналов с диодами в цепи 00С 0У представлена на рис.2.1 (схема 1). Для положительных полуволн сигналов, подаваемых на вход схемы (инвертирующий вход операционного усилителя), диод оказывается запертым отрицательным выходным напряжением 0У, и напряжение на выходе 1 становится равным нулю. Диод в это время открыт и цепь 00С 0У состоит из , включенного в прямом направлении, и выходного сопротивления 0У ( ). Так как сопротивление открытого диода мало по сравнению с , то все выходное напряжение 0У оказывается приложенным к выходу 2 схемы.

При смене полярности входного напряжения на отрицательную, а выходного соответственно на положительную запирается, открывается и включает цепь 00С, состоящую в этом случае из и , и выходное напряжение 0У оказывается приложенным к выходу 2.

Таким образом, при любой полярности входного сигнала схема ведет себя как инвертирующий усилитель, коэффициент передачи которого при идентичности диодов и и при равенстве и определяется выражением

, где .

Схема детектора малых сигналов лабораторного макета смонтирована на 0У, работающего в режиме с . Таким образом, порог детектирования, приведенный ко входу, составляет примерно 0,0007 В, что позволяет детектировать сигналы (положительной или отрицательной полярности) напряжением порядка 1 мВ.

Рис.2.1

2.1.2 Генератор колебаний прямоугольной формы

(мультивибратор) на 0У

0У можно включить таким образом, что они будут работать как генераторы сигналов различной, в том числе прямоугольной формы. Простейшая схема генератора симметричных колебаний прямоугольной формы на 0У показана на рис. 2, а. Схема содержит цепь 00С, образованную посредством и С1, и цепь ПОС – В момент подачи напряжения питания конденсатор С разряжен и . В это время на появляется небольшое, например положительное, напряжение , которое оказывается приложенным ко входу 2. Причиной появления служит небольшое начальное выходное напряжение разбаланса 0У, которое имеется даже в том случае, если . При появлении напряжения в цепи ПОС (при ) оно начнет переводить 0У в режим насыщения, когда 0У станет примерно равным + (момент времени на диаграмме рис.2.1, б).

Насыщение 0У приводит к заряду конденсатора С1, который заряжается выходным напряжением 0У через до тех пор, пока напряжение на нем не достигнет значения . Тогда станет равным нулю и выходное напряжение 0У (напряжение на входе 2) , а останется положительным. Так как приложено к инвертирующему входу 0У, то выходное напряжение станет отрицательным и благодаря действию ПОС достигнет другого предельного значения, равного , что также соответствует насыщенному состоянию 0У ( на рис. 2.2, б).

б)

Рис. 2.2

Далее конденсатор С1 начинает перезаряжаться и, когда отрицательное напряжение на нем станет равным и произойдет возврат схемы в исходное состояние, когда .

Период колебаний генератора зависит от соотношения величин элементов, составляющих цепи ПОС и ООС. Анализ схемы показывает, что

и при составит

.

В лабораторном макете выполнен многодиапазонный генератор, работа которого аналогична рассмотренной, однако этот вариант схемного решения позволяет получить как симметричные, так и несимметричные импульсные различных частот следования (рис.2.3).

Рис.2.3

Ступенчатая регулировка частоты выходного сигнала производится посредством переключения . Возможность получения несимметричных колебаний достигается включением в цепь 00С 0У клапанных диодов и . Так, при положительном выходном напряжении 0У ток заряда хронирующей емкости (С1, С2 или С3) протекает через диод , верхнюю часть потенциометра и резистор , а при отрицательном 0У – через , нижнюю часть и . Таким образом, изменение положения движка позволяет менять постоянную времени цепи 00С в зависимости от полярности 0У и, следовательно, скважность импульсов генератора.

Следует отметить, что частота колебаний мультивибратора на 0У ограничена скоростью нарастания его выходного напряжения.

2.1.3 – генератор гармонических колебаний

– генератор, выполненный в лабораторном макете собран на 0У, охваченном цепью комбинированной частотно-независимой положительной и избирательной отрицательной ОС (рис.2.4.б).

Рис.2.4.б

В качестве избирательной 00С применен двойной Т-образный мост, принципиальная схема которого и амплитудно-частотная характеристика представлены на рис.2.4.а.

Рис. 2.4.а

Двойной Т-образный мост относится к избирательным – цепям минимального типа. Частота квазирезонансного моста при любом числовом значении n ) определяется как

^.

а коэффициент передачи на квазирезонансной частоте как

.

Очевидно, что при , а фазовый сдвиг не имеет смысла (в тех случаях, когда и ).

Использование двойного Т-образного моста в цепи 00С 0У приводит к тому, что амплитудно-частотная характеристика усилителя имеет максимум на частоте квазирезонанса моста . Это объясняется тем, что на частоте при нулевом значении цепь 00С оказывается разомкнутой и коэффициент передачи схемы соответствует коэффициенту передачи 0У без 0С, т.е. (при n=0,5). На частотах, больших или меньших , и за счет действия 00С уменьшается в соответствии с ростом .

Действие частотно-независимой цепи ПОС и , приводит к самовозбуждению схемы. Во всех случаях глубина ПОС должна быть такой, чтобы условие самовозбуждения схемы выполнялось только в узком интервале частот вблизи максимума , т.е. в районе . При тщательном подборе глубины ПОС форма колебаний – генератора оказывается близкой к гармонической, а частота их соответствует .

Для обеспечения работы схемы и стабильности частоты необходимо

– согласование сопротивлений в точках подключения двойного Т-образного моста к 0У, т.е. 0У должен обладать очень малым выходным и высоким входным сопротивлениями;

– точная настройка двойного Т-образного моста, которая зависит от точности выбора значений его элементов, т.е. в схеме моста допускается применение конденсаторов и резисторов с допусками соответственно 1 и 0,1%. В схеме – генератора, выполненной в лабораторном макете, регулировка глубины ПОС, состоящей из , , , осуществляется посредством переключателя . в одном из крайних положений цепь ПОС обрывается, колебания в схеме срываются и она приобретает свойства избирательного фильтра.