11.9 Сумматоры напряжения на базе оу.

Эта схема устройства для взвешенного и взаимонезависимого суммирования сигналов от ряда источников напряжения. Эта схема вытекает из схемы предыдущего раздела при преобразовании в ней источников тока в источники напряжения.

Тогда:

где - весовой множитель,n– число суммируемых сигналов,- напряжениеk-го источника.

В этой схеме подключение к точке (а) любого числа источников тока или других цепей с ненулевым выходным сопротивлением не приводит к изменениям характера передачи напряжения от остальных источников.

Подобные схемы используются, например, при построении устройств аналого-цифрового преобразования.

Следует заметить, что вычитающий сумматор не обладает свойством взаимонезависимого суммирования.

Подобное устройство строится на базе схемы комбинированного использования ОУ.

В этой схеме точка (а) не является нулевой суммирующей точкой, поскольку потенциал этой точки в условиях глубокой ООС фактически повторяет потенциал

 зависят не только отно и от напряжения.

Кроме этого передаточные свойства сигнала зависят от общего выходного сопротивления (), определяемого, подключенных к точке (а), что также нарушает принцип взаимонезависимого суммирования, т.е.

где .

Соответственно схемы комбинированного использования ОУ находят ограниченное применение.

11.10 Простейшие частотно-селектирующие цепи на базе оу.

Достаточно часто при построении устройств обработки аналоговых сигналов требуются устройства с частотно-зависимым характером коэффициента усиления, наблюдаемым в определенной частотной области, начинающейся с частоты среза (f_ср). (например, фильтрующие устройства).

На частоте f_сркоэффициент передачи устройства меньше своего номинального значения (K₀) на величинураз. (Спад АЧХ3дБ).

Подобные фильтрующие элементы имеют наклон 20 дБ на декаду частотных изменений. Это звенья 1-го порядка.

Тогда:

для ФВЧ:

Иногда устройства с АЧХ (11.20а) интегрирующие устройство, а с АЧХ (11.20б)дифференцирующее устройство.

Названия вытекают из того, что для звена ФНЧ при f<<f_сри звена ФВЧf>>f_ср частотные свойства указанных устройств совпадают со свойствами идеальных соответствующих интегрирующих и дифференцирующих устройств, частотные характеристики которых определяются соотношениями.

Для идеального интегрирующего устройства:

.

Для идеального дифференцирующего устройства:

.

Иногда устройства с АЧХ интегрирующего звена называют инерционным звеном, а для устройств с АЧХ дифференцирующего звена – ускоряющим.

Так как первое создает фазовые сдвиги сигналов запаздывающего характера, а для второго – опережающего характера.

На рис. (а)устройство инерционным звеном, а на рис. (б)с ускоряющим звеном.

Если для подобных схем провести расчеты петлевой передачи в условиях глубокой ООС. При условии для этих схем значенияK₀иf_сропределяются в виде:

Тогда в условиях действия глубокой ОС имеем:

11.11 Нелинейные устройства на базе оу с нелинейной цепью обратной связи.

Построение устройств нелинейного преобразования аналоговых сигналов базируется на использовании ОУ в схемном построении инвертирующего усилителя.

При этом в качестве элементов R₁илиR_fмогут использоваться нелинейные элементы, например, диод, транзистор, устройства со сложной передаточной характеристикой.

При использовании в качестве нелинейного элемента возможно два варианта схем.

При использовании диода в качестве нелинейного элемента возможно два случая:

• в качестве аргумента выступает напряжение (U_н), а в качестве функции – ток (I_н):

• в качестве аргумента выступает ток (I_н), а в качестве функции – напряжение (U_н):

.

В первом случае это прямая ветвь ВАХ диода, а во втором случае – обратная ветвь ВАХ диода. I₀– обратный ток обратно-смещенногоp-n-перехода. В случае, когдаВАХ нелинейных элементов упрощаются:

.

Когда нелинейный элемент находится на входе ОУ, а линейный резистор в цепи ОС, зависимость U_выхотU_вхпо своему характеру совпадает с прямой ветвью ВАХ элемента.(Это устройство прямого функционального преобразования).

Когда нелинейный элемент находится в цепи ОС, а линейный резистор на входе ОУ, зависимость U_выхотU_вхпо своему характеру совпадает с обратной ветвью ВАХ элемента, гдеи- постоянные множители. (Это устройство обратного функционального преобразования).

Диапазон приемлемого по точности логарифмирования ограничен тем, что как при малых так и при больших токах ВАХ диода теряет нелинейные свойства и его ВАХ становится отличной от логарифмической.

Рассмотрим погрешность логарифмирования в области малых и больших токов.

Пусть - напряжение на выходе реального устройства логарифмирования.- напряжение на выходе идеального устройства логарифмирования.

Погрешность логарифмирования представим в виде:

.

При этом погрешность будем оценивать относительно логарифмированного значениявходного напряжения.

Использование нормированных величин расширяет область применения полученных результатов.

1. При малых U_вхх мало и соизмеримо с 1, условиеI_H>>I₀не выполняется. Передаточная характеристика в соответствии с соотношением:

становится от идеальной логарифмической (), а именно:

т.е. логарифмированию подвергается не само число х, а число на единицу большее.относительная погрешность:

.

В области больших сигналов нелинейность ВАХ диода связана с конечной величиной сопротивления r_б.

Ток i_fпротечет черезr_бсоздает дополнительное падение напряжения в цепи ОС..

В результате этого и с учетом соотношения:

U_выхможно представить в виде:

соответственно при x>> 1 имеем относительную погрешность:

.

Диапазон возможного логарифмирования Dопределяется исходя из заданных ошибок₁(х),₂(х):

, х_max, х_minзначения х, удовлетворяющие уравнениям для₁(х) и₂(х) при заданных₁(х) и₂(х).

Точность нелинейных преобразований сильно зависит:

• от статической погрешности ОУ;

• от уровня преобразуемых сигналов.

ОУ с малым схемы логарифмирования входных сигналов в диапазоне 58 декад.

В роли нелинейного элемента возможно использование транзистора при построении устройств логарифмирования. Это позволяет расширить диапазон логарифмирования на 1-2 порядка.

Транзистор фактически работает в диодном включении, поскольку коллектор транзистора подключен к точке “псевдо нулевого потенциала” U_бк0.

Использование транзистора в приведенном включении позволяет в (+ 1) разr_бточность преобразований.

Приведенные на рисунках схемы позволяют логарифмировать сигналы U_вхтолько положительной полярности. При смены полярностиU_вхдиод следует включить в противоположном направлении, а транзистор следует использоватьp-n-pтипа.

Более сложный вид преобразований можно получить используя в цепи ОС ОУ, например, перемножителей.

Тогда напряжение на выходе перемножителя равно .

При объединении входов переиножителя можно получить на его выходе схема умножителя выступает в роли схемы возведения в степень.

Включение перемножителя в цепь ОС ОУ позволяет получить устройство, на выходе которого напряжение пропорционально корню квадратному из U_вх:

 - нормирующий параметр.