3.Объяснить схему инвертора напряжений и оценить погрешности.

4.Прокомментировать схему усилителя тока и ее погрешно-

сти.

5.Объяснить принцип действия электронного фазовращателя

ипрокомментировать его особенности.

6.Пояснить принципы построения электронных модуляторов.

7.Объяснить принцип построения конверторов сопротивлений

иих применение.

8.Объяснить сущность конверторов сопротивления с использованием процедуры умножения на 1/р в них.

9.Прокомментировать особенности построения схем выпрямителей сигналов малого уровня с использованием операционных

усилителей.

10. Прокомментировать особенности интеграторов напряжений на основе операционных усилителей.

11.Прокомментировать особенности дифференциаторов на основе операционных усилителей.

2.УСИЛИТЕЛИ С ОДНОПОЛЯРНЫМ ПИТАНИЕМ

2.1.Возможность использования обычных операционных усилителей в режиме однополярного питания

Развитие интегральных технологий породило производство различного рода носимых электронных устройств: радиоприемников, телевизоров, магнитофонов и т.д. Создание таких устройств, в свою очередь, обусловило необходимость решения целого ряда технических задач: уменьшения энергии, потребляемой электронными устройствами, повышения их коэффициента полезного действия – снижения тепловыделения в них, а также уменьшения количества источников питания в носимых устройствах.

При этом такое требование, как портативность, часто превалировало над стоимостью. Решение задачи уменьшения количества источников питания, таких как аккумуляторы или батарейки, привело к созданию электронных схем с питанием от одного источника.

39

Как известно, обычные операционные усилители (ОУ) рассчитаны на двухполярное питание, т.е. на питание от двух источников. Это обусловлено, в основном, необходимостью усиливать сигналы постоянного тока разных знаков.

На рис. 2.1, а представлена упрощенная схема ОУ с питанием от двух источников с одинаковым напряжением U'п =U''п. Поскольку выходная цепь таких ОУ обычно выполняется по дифференциальной схеме, т.е. токи в нагрузке Rн направлены встречно, то балансировкой схемы представляется возможным при Uвх= 0 обеспечить Uн = (I1–I2)Rн = 0 с требуемой точностью.

Uвых

0

ωt

в

Рис. 2.1

Обычно выходные каскады ОУ организуются по схеме класса

В, т.е. при Uвх=0 токи I1 = 0 и I2 = 0. Положим теперь, что положительному входному сигналу Uвх(+) соответствует выходной ток I1 ,

т.е. I1= KUвх(+) и наоборот I2= KUвх(–). Тогда становится очевидной возможность усиления сигналов постоянного тока любого знака.

Так, при Uвх(+) на выходе схемы наблюдается напряжение

40

Вэтом случае диапазоны изменения выходных положительных

иотрицательных напряжений не равны, т.е. D(+) = (U'п – ∆Uп) > > D(–) = (U''п – ∆Uп). Следовательно, при малых входных сигналах переменного тока на выходе ОУ будет наблюдаться неискажен-

ный синусоидальный сигнал (кривая 1, рис. 2.2, б). С увеличением входного сигнала начинается "подрезание" амплитуды отрицательной полуволны выходного напряжения (кривая 2, рис. 2.2, б). Чем глубже неравенство D(+) > D(–) , тем меньше становится амплитуда неискаженной отрицательной полуволны выходного напряжения. При D(+) < D(–) наблюдается обратная картина – "подрезается" положительная полуволна выходного напряжения.

Граничной ситуацией выбора общей точки в ОУ является использование в качестве таковой любого из зажимов обобщенного источника питания (рис. 2.3, а), состоящего из последовательно включенных Uп1 и Uп2 (рис. 2.2, а).

Вэтом случае обобщенный источник питания, состоящий из двух последовательно включенных, превращается в единый источник.

Вслучае выбора в качестве точки отсчета отрицательного за-

жима источника питания Uп (рис. 2.3, а) при условии ∆Uп = 0, диапазон изменения отрицательных выходных напряжений стано-

вится равным нулю, т.е. D(–) = 0, а D(+) ≈ Uп. Это значит, что на выходе усилителя в этом режиме его использования наблюдаются

либо только положительные выходные напряжения (рис. 2.3, б), либо положительные полуволны, обусловленные сигналом переменного тока (рис. 2.3, в). При выборе в качестве точки отсчета напряжений положительного зажима источника питания (рис. 2.4, а) на выходе схемы имеют место либо отрицательные напряжения (рис. 2.4, б), либо отрицательные полуволны синусоидального напряжения, обусловленного сигналом переменного тока (рис. 2.4, в).

Таким образом, любой ОУ можно использовать в режиме однополярного питания. К сожалению, при этом в зависимости от организации усилительной схемы будут усиливаться сигналы лишь одного какого-либо знака: отрицательные или положительные.

42

2.2.Усиление сигналов переменного тока усилителями

соднополярным питанием

Хотя усиление знакопеременных сигналов постоянного тока ОУ с однополярным питанием принципиально невозможно, тем не менее, усилить сигналы переменного тока можно, если дополнить ОУ небольшим количеством внешних элементов.

При этом процедура усиления сводится к следующему. Сперва сигнал переменного тока преобразуется в переменный однонаправленный сигнал. Затем производится отделение усиленного собственно переменного сигнала от переменного однонаправленного. Преобразование сигнала переменного тока в переменный однонаправленный сигнал иллюстрирует рис. 2.5.

Для этого сигнал переменного тока Uс (рис. 2.5, а, г) складывается с постоянным напряжением +Uсм (–Uсм), (рис. 2.5, б, д) и образуется однонаправленное переменное напряжение (рис. 2.5, в, е). В результате такого суммирования происходит смещение переменного сигнала относительно нулевой оси либо в сторону положительных, либо в сторону отрицательных напряжений в зависимости от знака смещающего напряжения.

44

Обычно процедура смещения производится в усилительном устройстве. В этом случае говорят о смещении рабочей точки усилителя.

Однонаправленный переменный сигнал усиливается ОУ с однополярным питанием (рис. 2.6, а). Затем переменная составляющая усиленного смещенного сигнала отделяется от постоянной составляющей Uсм вых разделительным конденсатором С

(рис. 2.6, б).+Uп

б

Рис. 2.6

Рабочая точка в ОУ с однополярным питанием смещается так, как показано на рис. 2.7, а.

Поскольку сопротивление ОУ между входными зажимами очень велико, то с высокой степенью точности можно считать, что напряжение на неинвертирующем входе ОУ равно

UA = [Uп /(R1+R2)] R1.

45