Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы электроники и цифровой схемотехники. Учебное пособие
.pdf
Микросхема К142ЕН6А, В, Д формирует два разнополярных напряжения по 15 В для питания ОУ. В стабилизаторах с
фиксированным напряжением можно повысить выходное напряжение с помощью делителя R1, R2. Иногда резистор R2 заменяют
диодом или стабилитроном [6].
Ключевые стабилизаторы (рис. 2.37) содержат накопи-
тельную индуктивность (дроссель) L, включенную последовательно с нагрузкой Rн. Для сглаживания пульсаций в нагрузке параллельно ей включен конденсатор Сф. Ключевой транзистор VT
включен между источником питания Uвх и накопительной индуктивностью L. Устройство управления включает и выключает
транзистор VT в зависимости от значения напряжения на нагрузке Uн.
Рис. 2.37. Ключевой стабилизатор напряжения
При открытом состоянии транзистора напряжение поступает
на выход и одновременно энергия запасается в дросселе. При отключении транзистора в нагрузке течет ток за счет емкости Сф и самоиндукции дросселя L. По виду управления ключевые стабилиза-
торы подразделяются на импульсные и релейные. В первых частота
управляющих сигналов постоянна, задается внешним генератором,
однако в процессе работы изменяется скважность. В релейных стабилизаторах напряжения управляющие сигналы формируются с помощью компаратора и зависят от выходного напряжения.
На рис. 2.38 приведена схема релейного стабилизатора напряжения.
Предположим в момент времени t1 напряжение U
вых
выше
требуемого (U1>U2), тогда напряжение на выходе ДА1 положительное, транзистор VT2 открывается, а транзистор VT1 запирается. Ток дросселя, протекая через диод VD1, отдает накопленную энергию в нагрузку.
61
a
б
Рис. 2.38. Релейный стабилизатор напряжения: а - схема; б - временная
диаграмма его работы
По мере уменьшения энергии дросселя выходное напряже-
ние стабилизатора уменьшается и в момент времени t2 компаратор запирает транзистор VT2. При этом открывается транзистор
VT1 и на вход L
фильтра прикладывается напряжение близкое
фСф
к Uвх. Ключевые стабилизаторы напряжения имеют небольшие
габаритные размеры.
2. 16. Активные фильтры
Активный фильтр (рис. 2.39) представляет собой четырехполюсник, содержащий пассивные RC-цепи и активные элементы: транзисторы, операционные усилители и т. п. Активные
фильтры обычно не содержат катушек индуктивности из-за ряда
причин: 1) катушки индуктивности имеют большие габариты и
массу; 2) потери в катушках приводят к отклонению расчетных
характеристик фильтра от реальных значений; 3) в катушках рассеивается большая мощность; 4) в катушках с сердечником проявляется нелинейный эффект. Пассивные фильтры выполняются
на LC- или RC-цепях без применения усилительных активных
62
элементов. Такие фильтры не требуют источников питания, имеют простое исполнение, но не обеспечивают хорошего разделения полосы пропускания от полосы затухания [9].
Рис. 2.39. Внешний вид активного фильтра
Активные фильтры в отличие от пассивных обеспечивают
более качественное разделение полос пропускания и затухания; в
них достаточно просто регулировать неравномерности частотной
характеристики в области пропускания и затухания.
Классификация активных фильтров. Их можно разделить
на группы по различным признакам: назначению, полосе пропускаемых частот, типу усилительных элементов и др. По полосе
пропускаемых частот фильтры делятся на четыре группы: нижних
частот, верхних частот, полосовые и заграждающие. Фильтры
нижних частот пропускают сигналы от постоянного напряжения
до некоторой предельной частоты, называемой частотой среза
фильтра. Фильтры верхних частот, наоборот, пропускают сигналы
начиная с частоты среза и выше. Полосовые фильтры пропускают
сигналы в некоторой полосе частот от f1 до f2. Заграждающие имеют характеристику, противоположную полосовым, и пропускают
сигналы с частотой ниже f1 и выше f2. И полосовые, и заграждающие фильтры могут иметь гребенчатую частотную характеристику, в которой имеется несколько полос пропускания и затухания.
По назначению фильтры делятся: на сглаживающие фильтры источников питания, заграждающие фильтры помех, фильтры
для селективных усилителей низкой и высокой частоты и др.
По типу усилительных элементов можно выделить: транзисторные фильтры, фильтры на усилителях с ограниченным усилением, на операционных усилителях и т. д.
Все рассмотренные фильтры могут иметь одну цепь обратной
связи или несколько. Кроме того, фильтры различают по числу полюсов на частотной характеристике: фильтры первого порядка, второго
63
и более высоких порядков. Фильтры высоких порядков имеют более
крутые границы полос пропускания и затухания и более плоскую характеристику в области полосы пропускания. К таким фильтрам относятся фильтры Чебышева, Баттерворта, Бесселя и др. [9].
Активные фильтры на операционных усилителях с одноконтурной обратной связью представлены на схеме рис. 2.40.
Схема состоит из двух пассивных двухполюсников А и В и операционного инвертирующего усилителя ОУ. Четырехполюсник А
включен между входом фильтра и входом ОУ, а четырехполюсник В включен в цепи обратной связи между входом и выходом.
Рис. 2.40. Схема активного фильтра на ОУ с одноконтурной обратной
связью
Коэффициент передачи фильтра по напряжению:
U
b2
K
U
.
=
U
a
1
Фильтр нижних частот (ФНЧ) с одноконтурной обратной
связью предназначен для выделения сигналов, частота которых
ниже некоторой заданной частоты, называемой частотой среза
фильтра. ФНЧ практически без ослабления пропускает сигналы в
полосе частот от постоянного напряжения до частоты среза и ослабляет сигналы, частота которых выше частоты среза. В зависимости от числа полюсов в передаточной характеристике ФНЧ делят на однополюсные (первого порядка), двухполюсные (второго
порядка) и многополюсные (высокого порядка). Схема ФНЧ первого порядка приведена на рис. 2.41.
В этом фильтре четырехполюсник А выполнен на одном
сопротивлении ra, а четырехполюсник В содержит параллельно
соединенные элементы rb и Cb. Коэффициент передачи ФНЧ по
напряжению:
64
w
K
00
-=
j
bb
,
w+w
c
K =
0
g
где
пряжении;
g
-=
K
U
a
- коэффициент передачи фильтра на постоянном на-
g
b
g
b
=w
c
- частота среза фильтра.
C
b
a
w+
Cjg
а б
Рис. 2.41. ФНЧ с одноконтурной обратной связью первого порядка:
а - схема; б - амплитудно-частотная характеристика
Фильтр верхних частот (ФВЧ) с одноконтурной обратной
связью предназначен для выделения сигналов, частота которых
выше некоторой заданной частоты, называемой частотой среза
фильтра. ФВЧ практически без ослабления пропускает сигналы
выше частоты среза и ослабляет сигналы с частотой ниже частоты среза.
В зависимости от числа полюсов в передаточной характеристике ФВЧ делят на однополюсные (первого порядка) и двухполюсные (второго порядка). Схема ФВЧ первого порядка приведена на рис. 2.42, а. В этой схеме изменен только четырехполюсник А, в котором сопротивление rb заменено емкостью Cb.
а б
Рис. 2.42. ФВЧ первого порядка с одноконтурной обратной связью:
а - схема; б - амплитудно-частотная характеристика
65
Коэффициент передачи фильтра равен:
www
¥
®
w
Kj
0
-=
,
ww
j
+
cab
K =
0
C
a
- коэффициент передачи фильтра на бесконечно вы-
C
b
где
сокой частоте (
Cj
( )
=w Cr
a
Cjg
+
1
-
- частота среза фильтра.
bbc
K
-=
U
);
Амплитудно-частотная характеристика ФВЧ первого порядка приведена на рис. 2.42, б. На частоте среза фильтра коэффициент передачи фильтра достигает значения 0,707К0.
АЧХ ФВЧ второго порядка и его схема приведены на
рис. 2.4 3, а и б. Коэффициент передачи ФВЧ второго порядка на
высокой частоте:
CC
21
K+=
0
aa
.
)(
CCC
212
aab
Частота среза фильтра:
2/1
( )
=w CCrr .
-
b2bb21bc
а б
Рис. 2.43. ФВЧ второго порядка: а - амплитудно-частотная
характеристика; б - схема
Полосовой фильтр с одноконтурной обратной связью предназначен для выделения сигналов, частота которых лежит в пределах некоторой полосы
При этом он практически
.
www
<<
0201
без ослабления пропускает сигналы, лежащие в этой полосе, и
ослабляет сигналы, частоты которых лежат за пределами полосы
пропускания. Полосовые фильтры бывают двухполюсные (второго порядка) и многополюсные (высокого порядка). Затухание
фильтра и его добротность имеют значения:
66
0102
w
w
-
w
;
0
0
,
ww
-
0102
где
a
=
w
1
a
==-Q
2
0
www
×= .
0201
График амплитудно-частотной характеристики полосового
фильтра для двух значений добротности приведен на рис. 2.44, а.
С повышением добротности полоса пропускания фильтра сужается, а максимальное усиление К0 остается неизменным.
Реализовать полосовой фильтр можно при использовании четырехполюсников А и В (рис. 2.44, б). Для данной схемы полосового
фильтра максимальное усиление в полосе пропускания:
gC
b1
a
K
=
0
b1b2
;
)(
ggC
+
b2
частота максимального усиления:
( )
2/1
CCrr=w ;
b2b1b2b10
добротность фильтра:
2/1
2
é
( )
C
1--
ê
Q
=a=
C
ê
ë
+
b2
b1
ù
rr
b21b
rr
b2b1
.
ú
ú
û
а б
Рис. 2.44. Полосовой фильтр: а - схема; б - амплитудно-частотная
характеристика
Заграждающий фильтр (рис. 2.45) с одноконтурной обратной связью имеют частотную характеристику, противоположную
частотной характеристике полосового фильтра. Заграждающий
67
фильтр ослабляет сигналы в полосе частот
=
w
01
w<w<w и пропус-
02
кает на выход сигналы, частота которых лежит за пределами этой
полосы пропускания частот.
а б
Рис. 2.45. Заграждающий фильтр с одноконтурной обратной связью:
а - схема; б - амплитудно-частотная характеристика
Амплитудно-частотная характеристика заграждающего
ww
фильтра изображена на рис. 2.45, б. На частоте
К
=0, а на постоянном напряжении (
U
) получаем КU=К0. Для
0
=
имеет
0
схемы рис. 2.43, а:
rr
+
K
= ;
0
( )
2b1b
rr
+
aa
21
CCrr=w ,
b21b2bb10
2/1
т. е. характеристики К0 и
w
такие же, как у ФНЧ второго
0
порядка.
3. ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ЦИФРОВАЯ ТЕХНИКА
3.1. Логические элементы
Логическими элементами (рис. 3.1) называют функциональные устройства, с помощью которых реализуются элементарные логические функции. Символьное обозначение подгруппы – логические элементы – Л (операция НЕ – ЛИ, И – ЛИ, И-НЕ
– ЛА, ИЛИ – ЛЛ, ИЛИ-НЕ – ЛЕ, И-ИЛИ-НЕ – ЛР). Логические
функции изучаются в алгебре логики, или булевой алгебре. Они
представляют собой операции над логическими переменными,
которые обозначаются: А, В, С …. В алгебре логики различные
68
логические выражения могут принимать только 2 значения: «истинно» или «ложно». Для обозначения истинности или ложности
высказываний используют соответственно символы 1 или 0. Каждая логическая переменная может принимать только одно значение: 1 или 0. Логическая функция Х=1, если логическое сооб-
щение истинно (например, «двигатель включен») и Х=0, если
ложно («двигатель выключен»).
Рис. 3. 1. Логические элементы
Все возможные логические функции любого числа логических переменных можно образовать с помощью трех основных
операций: логического отрицания (инверсии, операции НЕ), логического сложения (дизъюнкции, операции ИЛИ) и логического
умножения (конъюнкции, операции ИЛИ). Комбинацией перечисленных основных операций можно осуществлять логические
операции И-НЕ, ИЛИ-НЕ и т. п. Рассмотрим таблицу истинности
операций логических элементов (табл. 3.1).
Таблица 3.1
НЕ ИЛИ F=XÚY И F=XÙY
Х
0
1
Y Х Y F=X +Y Х Y F=X Y
1 0 0 0 0 0 0
0 0 1 1 0 0 0
1 0 1 1 1 0
1 1 1 1 1 1
Логические операции могут быть реализованы в виде электрических схем, называемых логическими элементами.
Операция НЕ реализована схемой транзисторного ключа.
(рис. 3.2). При Х=1 входная ЭДС ключа равна Е, транзистор на-
69
сыщен, U
1
Х
равно 0, транзистор заперт, U
=0, т. е.
вых
. При Х=0 входное напряжение ключа
0=Х
=Е,
=
вых
.
а б в
Рис. 3.2. Логическая операция НЕ: а - условное обозначение; б -
временные диаграммы сигналов, в - пример реализации
В схеме рис. 3.3,в потенциал Е поступает на нагрузку RH, если
замкнут первый ключ (Х=1), или замкнут второй ключ (Y=1), или замкнуты оба контакта (Х= Y=1). В схеме рис. 3.3, г напряжение на вы-
ходе элемента будет равно Е (F=1), если хотя бы на один из входов
будет подан единичный сигнал - положительный потенциал откроет
диод и входное напряжение будет приложено к нагрузке RH (U
вых
=Е).
а б в г
Рис. 3.3. Логическая операция ИЛИ: а - обозначение элемента ИЛИ;
б - временные диаграммы; в - реализация на ключах; г - реализация на диодах
Логическая операция И обозначается следующим образом
(рис. 3.4).
Рис. 3.4. Обозначение логического элемента И
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]