Elektrotehnika_i_elektronika_2008
.pdf751 . |
Глава 7. Основы электроники |
8R
KUn
0,5
'0,5 1 т |
R |
б |
в |
Рис. 7.93. Получение показательной функция c помощью линейного
потeнциометpа и О)' (a); регулировка К от отрицательного значения
до положительного (б) и от нyля до положительного значения (в)
Про помощи схемы на рис. 7.93, .б мох но плавно регулировать ко-
эффициент передачи ОУ от отрицательного значения до нуля и 'да--
лее от нуля до максимального положительного значения, co. у-
ющего рaзомкнyтoй ОС. Эту схему удобно использовать в качестве
источника опорного напряжения 'для стабилизаторов, регулируемо-
гo в• широких пределах.
, На рис. 7.93," б приведена также зависимость коэффициента уси-
ления (передачи) от угла поворота пoтeн иометра. При изменении
величины сопротивления резистора R2 iiзменяются значения как
положительных, так и отрицательных коэффициентов, но общий
вид зависимости не изменяется. . При изменении отношения R1/R4 смещается нулевая точка. Вы-
ходное напряжение.
ВХ |
I R4 . R1 R2 |
|
|
^ВЫХ |
R3 + R5 |
• |
L |
|
|
||
|
|
|
Если исключить резистор R1; то коэффициент передачи регулиру-
ется от нуля до +K. Зависимость yсиления от угла поворота близка к
логарифмической. Выходное налряжение схемы на рис. 7.93, в.
'.Электротехника и. электроника |
752 |
|
, |
ИВЬнХ — .
R3 + R5
Если движок потенциометра установлен посередине (R 4 =. R5), то
R2
UBX R
5
UBbIX — (R3 +R5)
7.8.6. Дифференциальные усилители
Простейшая схема дифференциального усилителя изображена на делитель напряжения на входе (+) включается для того,pйc.7.94,a.
чтобы общий коэффициент усиления сигналов U1 и U2 сделать paвным. Выходное напряжение
(U2 —Z/1 )R2
ИВЫХ — |
- |
Недостатком схёмы является низкое входное сопротивление. Входное сопротивление схемы на рис. 7.8.5, б велико для обоих
сигналов. . Выходное напряжение
U= ( U2 U 1 + 1
Еще одна схема c большим входным сопротивлением изображена
на рис. 7.94,. в. Повторители напряжения обладают очень высоким
входным сопротивлением и' практически не потребляют тока от ис-
точника сигнала. Коэффициент передачи остается таким же, как y
схемы на рис. 7.94, a.
Обычные схемы инвертирующего и неинвертирующего усилите-
лей одинаково усиливают полезный сигнал и 'наведенные помехи.
Дифференциальный усилитель значительно ослабляет синфазные помехи. Степень ослабления cинфазных напряжений определяется 'коэффициентом Кос.сф •
Пример. Для схемы на рис. 7.94, а определить выходное напря-
жение при сигнале U2 — U1 = 10 мВ (1 кГц) и синфазной помехе
U2 = .U1 =10 мВ (50 Гц), если R2 = 10 кОм, R1'= 1 кОм, Кос.^ф = 80 дБ
(10 000). . :
Решение. На частоте 1 кГц выходное напряжение Ивых = 10.10 =
100 мВ.
755. |
|
Тлава 7. Основы электроники |
. |
7.8.7. Мостовые1 |
усилители |
Так называются дифференциальные усилители, включенные в
мостовую ёхему, преобразующие приращение сопротивления в напряжение. .
Выходное напряжение схемы на рис.. 7.96, а.
Иеых - Ип К R(2+R/R1 )+OR(1+R/R1 ) •
зависимость U »' от aR нелинейна, как\ и для любого неравновесного моста. Поэтому такую схему можно применять при малых относительныx приращения OR/R.'
R! |
R, |
R |
R +AR |
|
Uвых |
|
a |
3 |
в |
|
Ряс. 7.96. Мостовые усйлители' c нелинейной (a) и линейной (б, в) характеристиками
в1 схеме на рис. 7.9б, б погpешнocть iтелинейности корpeктиpуeтcя
путем введения цепи полон iпельной ОС (рвзистор R3).
Если принять R1 = R2IIR3 и 9-(R/R2) = 2R1/R2, то
U6 _ OR U,R1/R2.
в схеме на рис. 7.96, в выходное напряжение пропорционально
относительному приращению изменяемогo резистора:
Иеых = + UпOR/R(R1 +R).
При нулевом выходном напряжении сопротивления на входах оУ должны быть равны между : собой.
Примeрами первичныx преобразований, работающих с большими приращениями, могут служить полупроводниковые тензомeтpы, термисторы и т. п.
на основе полумостовых схем можно построить измеритель параметров резистивных матриц экспонометрических устройств. Матpица представляет собой набор резисторов, соединенных последовательно. Основное требование к таким матрицам — точное поддержание отношения резисторов дна жаждой ступени при разбро се (до 20 %) абсолютных значений сопротивлений резисторов.
ЗлектротехниКа й электроника |
75б |
Для измерения параметров матриц требуются две образцовые'
матрицы М1 и M2 (рис. 7.97). Вначале измерений схема балансируется на нуль c помощью переменного резистора R1 . Крайние положения двихка резистора R1 соответствуют допустимому отклонению
абсолютного значения измеряемого резистора от образцового.
Ми 1
1
Д1
|
|
|
R2 |
|
|
-=15 В |
7,5 к |
.^ |
4,7 к |
4,7 к2к |
М24 |
Мх ^ |
|
510 |
|
|
|
|
|
|
1к |
510 |
|
|
|
4,7 к |
|
+15 B
Рис. 7.97. Измеритель. параметров резистйвных матриц
•деля экспонометpических устройств
При последующих положениях переключателя матриц выходное напряжение ОУ будет пропорционально относительной погрешности отношения измеряемого сопротивления резистора к его номинaльному значению, т. e.
Uвых _. _ UпSKп,
где S = ,r/г --- относительная погpешнocть; К -- коэффициент про-
порциональности, устанiвливаемьэгй резистором 14.
С .помощью резистора R2 схема настраивается так, чтобы каждое деление микроамперметра соответствовало 1 % погрешности.
Стабилитроны Д1, Д2 |
ограничивают ток микроамперметра при |
больших значениях Ar.. |
. |
' 757 |
Глава 7. Основы электроники |
7.8.8. Стабилизаторы постоянного напряжения
На основе ОУ могyт быть построены высококачествeнные ста-
билизаторы c точностью регyлировки и стабильностью в диапазоне
0,01!0,5 %.
Простейшие стабилизаторы напряжения представляют сбой инвертирующий или неинвертирующий усилитель, на вход которо-
го подано стабильное напряжение. Если К ' постоянно, то выходное
напряжение ОУ стабильно.
. в таких стабилизаторах ОУ усиливает разность опорного и вы-
ходного напряжений (или их части) и управляет' проводимостью
последовательного или параллельного регулирующего элемента.
На выходе схемы на рис. 7.98, a напряжение больше опорного напряжения стабилизатора, a на выходе схемы на рис. 7.98, в -- мень-
ше. Следует отметить, что стабилиаторы питаются от одного источ-
никa:
|
|
|
|
50 |
100 |
4, мА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
|
|
|
n 0,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
12-18 g. |
|
|
|
|
ЭЗ к |
|
Д81•ёЕ |
|
|
|
Т2 |
1,Э к |
ii |
' 1УТ401А 0,1 мк |
|
|
|
|
01А |
|
|
5 1 к |
Т2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
R1 |
8 |
|
|
|
КГ801А |
|
|
|
|
0, 1 мк |
|
|
||
|
1,б к |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
I 2Т3126 |
|
|
|
|
Uвых |
|
|
R3 5,6 к |
|
• |
О |
|
|
1 |
|
|
Uвых |
||
в |
" 2-5 B, |
|
|
|
:.10В' |
^ |
|
|
100 мА |
|
|
|
|
100 мА |
|
Рис. 7.98. Стабилизаторы:
a -- постоянного напряжения c выходным напряжением, большим опорного; б выходная характеристика; в — c напряхсениеЫ меньше опорногo; г -- c постоянным током стабилитрона
759 |
• Глава 7. Основы электроники |
Uвх i |
^ |
Х |
|
х |
|
|
t |
|
б
Рис. 7.99. Интегратор (а), формы его выходных напряжений при различных входных сигналах (б) и интегратор c режимом сброса и хранения (в) .
ном. На рис. 7.99, б изображена форма входных и выходных напряжений интегратора. , .
длительность времени интегрирования и требуемая точность определяют тип ОУ. в интеграторах с большими. постояннмиьУ вре-
мени следует использовать ОУ c малыми входными токами и кон-
денсаторы c малыми токами. yтeчки.
Обычно работа интегратора делится на три периода: сброс, ин- тегpирование и хранение. B. режиме сброса (.рис. 7.99, в) ключ К1 замыкают, а ключ К2 размыкают. в этот период происходит начальньп'^ заряд емкости, т. e. создаются начальные условия для процесса интегpиpования. B режиме интегрирования ключ К1 размыкают, а К2
—замыкают.Bрежимехраненияобаключаразмыкаютивыходное
напряжение удерживается на уровне, достигнутом к моменту размыкания ключей. B это время конденсатор разряжается за счет соб-
ственной утечки и входного тока ОУ: Вместо показанных на схеме
переключателей используют электронные `ключи.
для обеспечения ввода в интёгратор начальной установки напряжения желательно иметь заземленный интегрирующий конден- сатор. Схему такого интегратора можно построить на основе стаби- лизатoра тока (см. рис. 7.92, б), если включить конденсатор вместо нагрузки (рис. 7.104, a).
Электротехника и электроника |
760 |
А2
Х
Рис. 7.100. Интегpаторы c заземленной емкостью (a), c большой постоянной времени (б), для сглаживания случайных помех (в) и форма сигналов на входе и выходе интегратора (г) для сглаживания случайных помех
Выходное напряжение интегратора
1R2 l вх1 дн•
Ивых= ^ -i- 1. U
CR1 R,
При постоянном входном сигнале
Ивых - |
1 R2 |
-l-1 Ивхдн. . |
|
CRi R1 |
|
Интегpатор, показанный на рис. 7.100, б, обеспечивает малые в большие постоянные времени, так как постоянная времени зависит от отношения резисторов. Выходное напряжение интегратора
^^
.R2 .R3
где постоянная времени т = R2R3 С/RI.
Включение дополнительного ОУ позволяет легко задавать начальные условия путем замыкания переключателя. Полоса пропускания интегратора зависит от типа используемого ОУ; a время интегpирования может изменяться от 1 нс до 1000 c. .
. Иногда требуется сгладить сигнал, освободить его от слyчайных всплесков, вызванных различного рода помехами. для этого резистор обратной связи масштабного усилителя шунтируют кон-
денсатором. Степень сглaживaния пульсаций (рис. 7.100, a) зависит
от значения постоя ной времени R2C. Форма входногo и выходцого сигнaлов показана на рис. 7.100, г. .