45. Решающие усилители

Решающий усилитель (РУ) используется в аналоговых вычислительных машинах для суммирования, интегрирования, дифференцирования, умножения и др. Отсюда собственно усилитель без цепи обратной связи он строится на основе операционного усилителя (ОУ). Где в качестве сигналов используется электрическое напряжение или ток (рис 5.1). Рис 5.1. типовая схема

  При появлении на входах РУ одного или нескольких входных напряжений через входные сопротивления протекают токи l₁,…, I_т, суммирующиеся в точке на входе ОУ. Поскольку коэффициент усиления ОУ делают очень большим, напряжение в точке  практически равно 0. Благодаря этому, где, …,,и поэтому выходное напряжение. Отношениеопределяет заданную математическую операцию по входуi. Если, то РУ осуществляет алгебраическое суммирование входных напряжений. Если, причём Z_j и Z_oc — активные сопротивления, то суммирование осуществляется с одновременным умножением слагаемых на постоянные коэффициенты k_i. В случае включения в цепь обратной связи комплексных сопротивлений происходит более сложное преобразование входных сигналов во времени. Например, если Z_i — активные сопротивления (равные R_i), а цепь обратной связи образована ёмкостью C_oc, то, т. е. происходит интегрирование суммы входных напряжений по времени. При использовании в цепях обратной связи нелинейных сопротивлений РУ позволяют выполнять нелинейные операции (возведение в степень, нахождение тригонометрических функций, перемножение и др.).

Погрешность при выполнении операций Р. У. обусловлена неточностью номиналов элементов цепи обратной связи, их нестабильностью и неидеальностью ОУ. Погрешность тем меньше, чем больше коэффициент усиления k_y и входное сопротивление ОУ и чем меньше его выходное сопротивление. Значительное влияние на увеличение погрешности оказывают паразитный входной ток I_П, генерируемый ОУ, сдвиг нуля En и их нестабильность — дрейф во времени и при изменении температуры, а также шумы.

46. Частотные и переходные характеристики

Частотные характеристики – это зависимость коэффициента передачи цепи от частоты. При снятии частотных характеристик для оси частот принято использовать логарифмический масштаб, при котором абсцисса x точки, соответствующей частоте f, пропорциональна логарифму f / f нач: x = x₁₀ lg (f / f нач), где

• f нач – начальная частотна анализа;

• x₁₀ – длина шкалы частот, соответствующая одной декаде, т.е. десятикратному изменению частоты.

При использовании логарифмического масштаба длины шкалы всех декад одинаковы, что позволяет детально просматривать локальное поведение частотных характеристик на различных частотах.

Анализ цепей во временной области (динамический анализ) заключается в нахождении отклика цепи на входное тестовое воздействие или на включение источника питания.

Переходная характеристика (ПХ)– это отклик схемы на единичное входное воздействие (функцию включения), поданное на входные узлы схемы, или на включение источника питания

рис 6.2 переходная характеристика схем

В силу того, что амплитудно-частотная характеристика реальной цепи нелинейна, отклик цепи, т.е. сигнал на выходе, будет отличаться от входного сигнала. На переходной характеристике целесообразно выделять область малых времен ОМВ, соответствующую переднему фронту ПХ и область больших времен ОБВ, когда переходной процесс можно считать завершившимся. Если цепь не пропускает постоянное напряжение, которое можно рассматривать как переменное с бесконечно большим периодом Т, т.е. с частотой f = 0, то напряжение на выходе такой цепи стремится в области больших времен к нулю. В других случаях величину установившегося значения выходного напряжения можно найти, получив эквивалентную схему исследуемой цепи для нулевой частоты. Между областями больших и средних времен лежит область средних времен ОСВ. Четких границ между различными областями временной характеристики нет, величины их зависят от поведения конкретной схемы. Логарифмический масштаб для времени при снятии ПХ не нашел применения, и для более детального исследования схемы ПХ снимают в пропорциональном масштабе отдельно для областей малых и больших времен. На рис. 6.3 приведены такие ПХ для одной и той же схемы.

Для полного просмотра переходной характеристики необходимо знать время переходного процесса (конечное время анализа цепи).

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) показывает зависимость модуля соответствующего коэффициента усиления от частоты.

Фазочастотная характеристика (ФЧХ) показывает зависимость фазового сдвига выходного сигнала относительно входного в зависимости от частоты.

Изменение коэффициента усиления от частоты и появление фазового сдвига можно объяснить наличием реактивных элементов (C,L) в схеме усилителя, сопротивление которых изменяется в зависимости от частоты. В целом ряде электронных цепей, в том числе и в усилителях, можно выявить однозначную связь между К() и φ(). Такие цепи называются минимально-фазовыми. В том частотном диапазоне, где наблюдается изменение амплитуды, будет наблюдаться и изменение фазы.

Переходная характеристика усилителя h(t) показывает реакцию или определяет форму сигнала на выходе усилителя при подаче на его вход единичного скачка тока или напряжения. Она используется при исследовании переходных процессов в импульсных усилителях. На рис.6.6 приведено несколько видов переходных характеристик:

1 - идеальная переходная характеристика; 2,4 - характеристика носит колебательный характер; 3 - характеристика имеет апериодический характер.