Лекции / СТКУ_какие_то_лекции

рис.10-8

Вместо RОС в цепи обратной связи ставится конденсатор. Для идеального ОУ (КД = ∞, RВХ.Д. = ∞) весь ток IВХ течет через конденсатор С. Так как UВХ.Д.= 0, то

Эквивалентная постоянная времени интегрального уси-

ления τЭКВ. = КД С R1 в КД раз больше, чем С R1; т.е. наличие ОУ эквивалентно увеличению в КД раз вели

чины С, т.е. фактическую величину С можно в КД раз уменьшить (сказывается эффект Миллера). [примечание: эффект Миллера обусловлен тем, что на

МД

Соответственно

Если в инвертирующем интеграторе сделать несколько входов с резисторами R1, R2, R3, то получим интегрирующий сумматор.

10.6. Дифференцирующий усилитель

построен на основе инвертирующего усилителя

(рис.10-10).

Для идеального ОУ:

Это - формула для пассивной цепи. С учётом усиления ОУ R2 больше, так как постоянная времени τЭКВ. = С1

RЭКВ ;

R

R 2 .

ЭКВ, 1 К

Д

Рассмотренная схема имеет недостатки:

1.низкое RВХ на ВЧ из-за С1.

2.повышенный уровень шумов из-за большого КД.

3.главный недостаток – склонность к самовозбуждению: из-за цепи R2,С1 фаза поворачивается до - 180º. При этом возникает самовозбуждение.

Для устранения недостатков последовательно с С1 включают дополнительный резистор R1 (рис.10-11):

рис.10-11

В результате коэффициент передачи ограничивается величиной R2/R1 . С целью снижения шумов на выходе ОУ параллельно R2 устанавливают С2, , в результате чего снижается усиление на ВЧ.

10.7. Логарифмический и антилогарифмический усилители

Влогарифмическом усилителе UВЫХ (примерно) пропорционально lg UВХ.

Вантилогарифмическом усилителе (экспонециальном)

UВХ (примерно) пропорционально lg UВЫХ.

Первые применяют для перевода в дБ, сжатия динамического диапазона, которое применяется для регистрации сигналов, уровень которых изменяется в широких пределах.

Вторые (и первые) применяют в быстродействующих устройствах возведения в степень, перемножения и деления сигналов.

Логарифмический и антилогарифмический усилители строят по инвертирующей схеме с применением нелинейной ОС. В качестве нелинейного элемента используют p-n переход, например диод (рис.10-12).

где IОБР. - тепловой ток насыщения закрытого перехода; φТ = кТ/q ≈ 26 мВ – температурный потенциал.

Сплошная характеристика (рис.10-13) – реальная; пунктир

– идеальная характеристика. Они совпадают лишь в диапазоне UВХ. 1 - UВХ. 2, который определяет динамический диапазон логарифмирования

U

D ВХ 2 .

U

ВХ1

Для сжатия динамического диапазона знакопеременных входных сигналов применяют двухсторонний логарифмический преобразователь (рис.10-14).

Его передаточная характеристика симметрична относительно начала координат. Наклон характеристик определяется соотношением R2/R1 . R2 действует на слабых сигналах, когда rД велико - уменьшает сдвиг нуля выходного напряжения ОУ и нестабильность усиления, так как увеличивается глубина ООС.

рис.10-13

рис.10-14

Логарифмирование осуществляется точнее, если вместо диода использовать эмиттерный переход транзистора по схеме с ОБ (рис 10-15): UВЫХ = UД (Э-Б) (открытый переход). При этом iЭ = iК = iR 1 .

В зависимости от полярности входной сигнала должен быть транзистор или р-n-р или n-р-n типа (рис.10-15):

рис.10-16

Для идеального ОУ

UВЫХ RОС I0 exp(UД )

Т

- экспонента от UВХ.

Если на входе действует сигнал отрицательной полярности, то транзистор должен быть n-р-n типа (а диод развернут). RВХ антилогарифмического усилителя равно rДИОДА открытого перехода, т.е. очень низкое.

Лекция 11

Тема: схемотехника аналоговых устройств на основе операционных усилителей (продолжение лекции 10)

11.1. Перемножители и делители на ОУ

11.1.1.Аналоговый умножитель

- это устройство, в котором выходной сигнал пропорционален произведению двух входных сигналов:

Z K X Y ,

где К – масштабный коэффициент устройства умножения. В большинстве случаев выбирают так, чтобы

Z X Y ,

10

т.е. К=0,1.

Для того, чтобы полярность Z определялась полярностями Х и Y, соответствующее построение умножителя называется четырёхквадрантным.

В реальном умножителе величина Z связана с величинами X и Y соотношением

Z K X Y K X K Y K ,

X Y 0

где К - коэффициент передачи умножителя (масштабный коэффициент); КХ, КY - постоянные, определяющие смещения, зависящие от Х и Y; К0 - начальное смещение. Т.о., в умножителе высокой точности должно быть не менее 4-х подстроек для приближения к нулю трех

постоянных, которые характеризуют смещение и установления требуемого коэффициента передачи.

11.1.2.Применение аналоговых умножителей

Аналоговый умножитель - это универсальный базовый блок, выполняющий ряд математических операций (умножение, деление, возведение в квадрат, извлечение кор-

ня) – рис.11-1.

Функциональные возможности умножителя реализуются путем использования его с ОУ.

Операция деления выполняется путём включения умножителя в цепь ОС ОУ таким образом, чтобы выходной сигнал умножителя совместно с одним из входных сигналов подаётся на суммирующий вход ОУ, благодаря чему выходной сигнал умножителя становится равным этому входному сигналу. Для идеального ОУ в т. А iZ = iОС . При этом

ния корня.

Внимание: 1) схемы делителя и извлечения корня устойчивы, если Х «отрицательно», а Z – «положительно», т.е. необходимы меры против возникновения ПОС и самовозбуждения;

2) для устройства деления погрешность обратно пропорциональна Х; отсюда следует, что по мере уменьшения Х погрешность быстро увеличивается, что ограничивает динамический диапазон.