Контрольные задания

1. Перечислить возможности усиления сигналов переменного тока с использованием обычных операционных усилителей с однополярным питанием.

2. Указать возможность усиления сигналов переменного тока в специальных усилителях с однополярным питанием.

3. Назвать особенности построения инвертирующих усилителей на основе операционных усилителей с однополярным питанием.

4. Объяснить особенности построения инвертирующих сумматоров на основе операционных усилителей с однополярным питанием.

5. Перечислить особенности построения неинвертирующих усилителей на основе операционных усилителей с однополярным питанием.

6. Назвать особенности усилителей типа R-t-R с однополярным питанием.

7. Указать особенности построения входных каскадов в усилителях типа R-t-R с однополярным питанием в части минимизации шума.

8. Смещение рабочей точки в усилителях R-t-R с однополярным питанием.

9. Особенности построения выпрямителей сигналов малого уровня на усилителях R-t-R с однополярным питанием.

10. Обеспечение устойчивой работы в R-t-R усилителях в случае усиления прямоугольных импульсов при емкостной нагрузке.

11. Дать оценку смещения нуля в R-t-R усилителях из-за Iсм(–),

Iсм(+) и Uвх сд.

12.Объяснить схему разностного усилителя на основе R-t-R усилителей с однополярным питанием.

13.Объяснить схему измерения тока в нагрузке с R-t-R усилителями в режиме однополярного питания.

14.Объяснить схему источника тока на R-t-R усилителях с однополярным питанием и ее особенности.

63

3.УСИЛИТЕЛИ С ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫМ ВЫХОДОМ

ИВХОДОМ

3.1. Общие сведения

Один из кардинальных способов повышения помехозащищенности линий связи – уменьшение площади, охватываемой ее прямым и возвратным проводами. Это достигается либо использованием коаксиальных кабелей, либо витых пар. В первом случае в качестве прямого провода используется центральная жила, а в качестве возвратного – экран. Тем самым достигается хорошая защищенность от внешних магнитных и электрических помех. Недостатки такой линии связи – громоздкость, нетехнологичность, а также повышенная стоимость. Во втором случае линия связи оказывается хорошо защищенной от внешних магнитных полей, если число скруток – более тридцати на один погонный метр. От электрических полей такие линии слабо защищены. По сравнению с коаксиальным кабелем витая пара менее громоздка, более технологична и имеет меньшую стоимость.

Помимо достаточно хорошей защищенности от внешних магнитных и электрических помех такие линии связи и сами мало влияют на помеховую ситуацию в окружающем пространстве.

Если прямой и возвратный токи в коаксиальном кабеле одинаковы, то излучаемое линией связи магнитное поле равно нулю. Несколько хуже с витыми парами. Здесь каждая скрутка представляет собой виток, который при наличии в линии прямого и возвратного токов изменяет магнитное поле. Поскольку направленность векторов магнитных полей соседних витков встречная, то результирующее магнитное поле линии связи ослабляется. Ксожалению, даже при равенстве прямого и возвратного токов оно не обнуляется. Дело в том, что площади соседних витков скруток не могут быть одинаковыми, да и лежат они далеко не в одной плоскости. Это и пр и- водит к тому, что витая пара излучает хоть и ослабленное, но конечное магнитное поле помех. Оно тем меньше, чем больше число скруток на погонный метр длины витой пары.

В случае коаксиального кабеля и витой пары ситуация ухудшится, если по какой-либо причине прямой и возвратный токи неодинаковы.

64

Улучшение помехозащищенности линий связи и уменьшение их возможности излучать помехи в окружающее пространство достигается специальными схемотехническими решениями. Суть их сводится к обеспечению возможности транспортировать по проводам линии связи не прямой и возвратный ток сигнала, а два прямых тока сигнала, равных по модулю, но противоположных по знаку (постоянный ток) или по фазе (переменный ток).

Возвратные токи в этом случае протекают по общему проводу. В такой схеме два прямых провода и возвратный образуют два абсолютно одинаковых контура, излучающих одинаковые по величине разнонаправленные магнитные поля, взаимно компенсирующиеся.

Внешние магнитные поля наводят на такие контуры одинаковые по модулю и знаку напряжения помех. Если теперь на конце линии связи вычитать сигналы, то помеховые напряжения здесь обнуляются, а разнознаковые или противофазные сигналы суммируются.

Отсюда и возникло семейство микросхем, позволяющих однофазные или разностные сигналы преобразовать в два абсолютно одинаковых по модулю противознаковых (в случае постоянного тока) или противофазных (в случае переменного тока) сигнала. Назовем такие усилители парафазными. Помимо парафазных усилителей, в это семейство микросхем входят специальные разностные усилители.

3.2. Принцип построения парафазных усилителей

Принцип действия парафазного усилителя легко пояснить на примере простого дифференциального каскада (рис. 3.1, а).

При поступлении, например, положительной полуволны напряжения Uвх1 (рис. 3.1, в) на вход 1 увеличивается коллекторный ток транзистора I и, к ак следствие, уменьшается напряжение на его коллекторе, замеренное относительно общей точки. Так на выходе 3 формируется отрицательная полуволна напряжения Uвых1 (рис. 3.1, г). В то же самое время положительная полуволна Uвх1 уменьшает ток коллектора транзистора II, что приводит к увеличению напряжения на его коллекторе, т.е. к появлению на выходе 4 положительной полуволны (рис. 3.1, д). Таким образом,

65

обычный дифференциальный каскад позволяет преобразовывать однофазный сигнал, поступающий на один из его входов, в два дифференциальных (парафазных) сигнала, снимаемых с двух его выходов относительно общей точки. При соответствующем выборе параметров каскады дают возможность обеспечить равенство амплитуд выходных напряжений и их точную противофазность.

Рис. 3.1

66

Аналогичная картина преобразования однофазного сигнала в парафазный наблюдается и при подаче его на вход 2 (рис. 3.1, е, ж, з). Условное графическое изображение дифференциального усилителя приведено на рис. 3.1, б.

На рис. 3.2, а показано соотношение выходных напряжений дифференциального усилителя при поступлении однофазных сигналов на любой из двух его входов.

Выходной сигнал можно снимать относительно не только общей точки, но и любого из выходных зажимов, например 3 или 4 (рис. 3.2, б). В этом случае коэффициент усиления каскада по напряжению увеличивается.

Входные сигналы можно подавать на оба входа усилителя о д- новременно (рис. 3.3, а). Как следует из рис. 3.3, а, два противофазных сигнала, наблюдаемых относительно общей точки, поступающих на входы дифференциального усилителя, обусловливают появление на его выходе двух противофазных сигналов, также наблюдаемых относительно той же общей точки.

67