12.7. Циркулятор

Циркулятор представляет собой схему с тремя или более входами, символически изображенную на рис. 12.33. Она характе­ризуется тем, что приложенный к одному из входов сигнал будет проходить по циркулятору в направлении, указанном стрел­кой. На свободном входе сигнал будет идентичен входному, а при закороченном- знак напряжения изменится на про­тивоположный. Наконец, если к входу под­ключен резистор R == Rg, второй конец которого заземлен, то на нем будет полу­чено напряжение, пропорциональное входному сигналу. В последнем случае входной сигнал не будет проходить на последую­щие входы.

Рис. 12.33. Изображение циркулятора.

Схема, обладающая указанными свой­ствами, изображена на рис. 12.34 [12.4]. Она состоит из трех каскадов, один из ко­торых отдельно изображен на рис. 12.35. Сначала исследуем принцип действия от­дельного каскада. Пусть вход 1 не нагру­жен. При этом I₁ =0 и, следовательно, Vp = Ue = V_N. Тогда ток по сопротивле­нию отрицательной обратной связи течь не будет и Ua = +Ue.

Замкнем вход 1 нулевым сопротивле­нием. Тогда U₁ = 0 и схема будет рабо­тать как инвертирующий усилитель с коэф­фициентом усиления, равным - 1. В этом случае Ua = - Ue.

Подключим ко входу 1 сопротивление R₁ = Rg. Теперь схема будет работать как блок вычитания двух одинаковых напряже­ний Uе. В этом случае Ua = 0.

Положив напряжение Ue, равным нулю и подав на вход 1 напряжение U₁, получим на выходе схемы, представляющей собой неинвертирующий усилитель с коэффи­циентом усиления + 2, напряжение Ua = 2U_1.

Теперь достаточно просто можно по­нять, как работает схема на рис. 12.34. Пусть на вход 1 подано напряжение U₁, вход 2 нагружен на заземленное сопротив­ление Rg, а вход 3 не нагружен. Как уже было показано для отдельного каскада, и в этом случае выходное напряжение опера­ционного усилителя ОУ 2 будет равно ну­лю. Операционный усилитель ОУ 3, по­скольку он не нагружен, имеет коэффи­циент усиления, равный 1, а его выходное напряжение равно нулю. Операционный усилитель ОУ 1 работает в режиме элек­трометрического усилителя с коэффициен­том усиления, равным 2. Следовательно, его выходное напряжение равно 2U₁. На входе 2, нагруженном сопротивлением Rg, будет половина этого напряжения, т.е. U₁. Другие случаи работы циркулятора можно исследовать аналогично.

Для получения соотношений между то­ками и напряжениями циркулятора воспользуемся правилом узлов для Р и N- входов операционных усилителей:

Рис. 12.34. Схема реали­зации циркулятора.

Исключив из этих уравнений потенциалы от V₄ до V₆, получим

Из этих уравнений видно, что схема циркулятора может быть также реализова­на с использованием трех управляемых напряжением источников тока с разностными входами (рис. 1136).

Рис. 12.35. Схема одного каскада циркуля-тора.

Подходящая для данного случая схема источника тока была приведена на рис. 12.17.

Один из возможных вариантов приме­нения циркулятора показав на рис. 12.37. В данном случае он используется как ак­тивная схема для двухпроводного телефо­на. Схема состоит из трехвходового цирку­лятора, ко всем входам которого подклю­чены одинаковые нагрузки сопротивлением Rg. Сигнал, поступающий с микрофона, проходит на коммутатор и не попадает в наушник. Идущий с коммутатора сигнал поступает в наушник и не попадает в мик­рофон. Переходное затухание главным образом зависит от того, насколько близки значения сопротивлений нагрузки, подклю­ченной ко входам циркулятора.

Рис. 12.36. Эквивалентная схема реализации циркулятора на источниках тока, управляемых напряжением.

Рис. 12.37. Применение циркулятора в двухпро­водном телефоне.