Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Elektrotehnika_i_elektronika_2008

.pdf
Скачиваний:
165
Добавлен:
08.04.2015
Размер:
34.04 Mб
Скачать

751 .

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.= 80 дБ

(10 000). . :

Решение. На частоте 1 кГц выходное напряжение Ивых = 10.10 =

100 мВ.

разом:
зистор обратной связи

753

Глава 7. Основы электроники

б

Рис. 7.94. дифференциальные усилители c низким входным ёопротивлени-

ем (а) и c высокий входным сопротивлением (б, в)

Напряжение помехи частотой 50 Гц приложено к ОУ синфазно. Поэтому выходное синфазное напряжение на частоте 50 Гц

Ue ' = ки U^/коф = 1о• 1 о/1оооо =10 мкв. 1

Выходное напряжение помех при К, =-10 на частоте 50 Гц ослаб лено в 1000 раз, т. e. дифференциальный усилитель является эффек- тивным средством подавления помех. .

На рис. 7.95, a приведена схема многoвходового сумматора-вы- читателя. Пользуясь известной методикой, можно рассчитать сопротивления резисторов таким образом, чтобы обеспечивалась равная резистивнaя нагрузка на входах ОУ. B: этом случае обеспечивается минимальное смещение выхода от входногo тока.

. Выходное напряжение .

U »' a 1 U1 + a2 И2 +...+ ап U^ .— .Ы U1 — b2 U2 — ... — bfi Um,

где U„ и U,, -- соответственно суммируемые и вычитаемые напряжения; аи b -- коэффициенты при входных напряжениях.

Схема содержит также шунтирующие резисторы Ra и Rb и ре- R0.^. Расчет осуществляется следующим об-

a)выбирается значение полногo сопротивления на входах ОУ R^; при Ах =5 кем обеспечивается малый уровень наводок без за-

метного шунтирования выхода ОУ; б) суммируются все ' отрицательные -коэффициенты и прибавля-

ется единица;

в) суммируются все положительные коэффициенты;

г)' если Еа > 1 + b, то схема должна содержать Ra (для получения

усиления); если Г'а < 1 + Ь, то схема долаiаКа содержать Rb (для

25. Элск гротехника н электроника. Уи. пос. .

Электротеxника и электроника

754.

a

Рис. 7.95.' Многовходовый сумматор-вычитатель,'(а) 'и усилитель с дифференциальным входом и выходом (б)

полyчения ослабления). При Еа = 1. + ЕЬ резисторьт Ro и Rb

не используются;

д) рассчитывается R0 путем умножения большого значения

(либо а, либо 1 ± Ь) на ' R^; ' ' ' ' ,

е) рассчитывается Ra 'и ' АЬ путем деления R0 на абсолютное значение Ii + ЕЬ -- ЕаI;

ж) определяются сопротивления остальных резисторов путем деления R0 на соответствующие коэффициенты;

R1 _._. Ао.Jа 1 , R1 = R0/b1. .

Пример. Рассчитать схему на рис. 95, a для реализации уравне-

ния Ивых = О,ЗИ1 +2 И2 +1,5И3 --2U1 - .И2.

.

Решение. Схему рассчитываем согласно изложенной методике:

а) выбираем R^ .= 5 кОм

 

б) Еа = 3,8; .

 

в) 1 + ЕЬ = 4;

 

г) 1 + ' ЕЬ > Еа, необходим резистор Rb,

 

д) R0' = (^b + 1) RE 4 5 = 20 кОм;

 

e). Rb

= Ro, JjEb + 1 -- а = .20/0,2 = 100 кОм;

 

ж) R1

= 20/0,3 = 66,7 кОм, R2 = 20/2 = 10 кОм,

 

R3 = 20/1,5 = 13,3 'кОм, R1 = 20/2 = 10 кОм,

Ё2 = 20/ 1 = 2о кОм..

Иногда требуется дифференциальный выход, например для уп-

равления двyxтaктным каскадом класса В.

Схему на рис. 7.95, б можно собрать на двух одинаковых ОУ. Каж-

дый ОУ обеспечивает половину общего усиления на диф- .

ференциальном. выходе, т. e. ' ' ,

Иве = Ивх(R2/R1+R2/R1) = 2 UвХR/R1 . .

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 к

М24

Мх ^

 

510

 

 

 

 

 

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

Электротехника и элeктроника

758

Для увеличения тока. нагрузки используют эмйтгерные повторители (транзистор Т2) . Транзистор. Т1 защищает выходной тран = зистор от перегрузок по ток 'Если ток нагрузки превысит 100 мА, падение напряжения на резисторе R2 превысит 0,6 B, транзистор Т1 откроетсяи'зашунтируетпереходбаза—эмиггервыходноготран-

зистора Т2. Уровень срабатывания схемы защиты можно регулиро- вать c помощью резистора R2. При токах нагрузки менее 15 мА ре-. зисторы R1, R2 и транзисторы Ti ,, Т2 можно не применять. . Предложена схема стабилизатора (рис. 7.98, г), в которой опор-

ный стабилйтрон регулирует свой собственный ток

I' , (и8 - U )/R1 ,

где ', U^ — соответственно ток и напряжение стабилитpона. На входе ОУ имеем следующее напряжение:

 

= ИвыхR2/(R2 + R3)

откуда

" ИвыхА2/ R1 (R2 + . R3) ;

Ивьх =.,Ucm(R2 + R3)/ R3.

следует, что ток через стабилитрон определяется только соотношением резисторов R1 -- R3 й напряжением стабилизации стабилитрона. Конденсатор, включенный параллельно стабилитрону, подавляет' высокочастотные шумы.

В схемах на рис. 7.98 можно получить отрицательное выходное напряжение, если использовать транзисторы р-п -р- типа и заземлить положительную шину питания ОУ.

С помощью ОУ легко преобразовать однополярный источник напряжения в двухаолярнойн c заземленной средней точкой.

7.8.9. Интеграторы

Напряжение на выходе схемы на рис. 7.99, а.представляет собой интеграл от напряжения входного сигнала. Так как входное сопротивлeние ОУ очень велико, ток, проходящий через резистор R, бу-^ дет проходить через конденсатор С, так как

1 с _ Uвх/R Сд Uc/д t.

'

Левый вывод конденсатора C потенциально заземлен, поэтому

выходное напряжение равно напряжению на конденсаторе. Тогда

1 . r

u= о Ивх дн

. АС

где R С -- постоянная времени.

При подаче .на вход интегратора скачка напряжения на выходе получим линейно нарастающее напряжение c отрицательным накло-

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. .

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]