46. Электронно-управляемые масштабные пн на основе оу. Пн с линейным и экспоненциальным управлением и электронным переключением полярности коэффициента передачи.

47. Мостовой усилитель как преобразователь приращений проводимостей (сопротивлений) в напряжение. Циркулятор сигналов. Линейные преобразователи полных проводимостей (сопротивлений) в напряжение.

48. Устройства регулирования сигналов и регулируемые усилители

В регулируемых усилителях имеется возможность управления коэффициентом усиления (уровнем выходного сигнала) с целью предотвращения перегрузки оконечного устройства (или выходных каскадов УУ), создание комфортных условий прослушивания аудиопрограмм (в усилителях звуковых частот), калибровки измерительных усилителей и т.д. Регулировка может быть ручной или автоматической, плавной или ступенчатой. Регулировка усиления может осуществляться как специальными цепями, включаемыми в схему усилителя, так и отдельными устройствами, называемыми аттенюаторами. Аттенюаторы, в свою очередь, могут как встраиваться в усилитель, так и подключаться к его входу. Выполняются аттенюаторы как на пассивных элементах, так и на активных.

Эффективность регулировки оценивается ее глубиной - отношением коэффициентов усиления, соответствующих двум крайних положением регулятора. Глубину регулировки часто выражают в децибелах.

При решении вопроса о месте постановки регулятора в многокаскадный усилитель следует учитывать то обстоятельство, что помимо коэффициента усиления регулирующая цепь может менять и другие параметры усилительных каскадов, например, . Поэтому регулировку не рекомендуется вводить во входной каскад усилителя, поскольку это скажется на входном сопротивлении усилителя в целом. Постановка регулятора в выходной каскад может привести к перегрузке промежуточных каскадов, т.е. наиболее целесообразно вводить регулировку в один из промежуточных каскадов. Не рекомендуется вводить регулировку в петлю общей ООС из-за снижения ее эффективности.

Чаще всего в усилителях звуковых частот применяется потенциометрическая схема регулировки усиления (рисунок 7.1а), осуществляемая включением регулирующего переменного резистора по схеме потенциометра, который изменяет коэффициент деления поданного на него напряжения.

При малых громкостях человеческое ухо хуже воспринимает звуки низких и высоких частот. Поэтому в усилителях звуковых частот применяют так называемый тонкомпенсированный регулятор. На рисунке 7.1а тонкомпенсирующие цепи образованы элементами . При малых уровнях громкости за счет цепи происходит завал АЧХ в областях СЧ и ВЧ, с помощью конденсатора на ВЧ этот завал компенсируется, в результате АЧХ имеет вид, показанный на рисунке

49. Основные свойства и параметры перемножителей сигналов (пс). Реализация математических операций (умножения, деления, возведения в квадрат, извлечения квадратного корня) на основе пс.

Основные свойства и параметры перемножителей сигналов

Перемножитель сигналов (ПС) – это устройство, предназначенное для получения

аналогового выходного сигнала, пропорционального произведению двух входных ве-

личин – U X и UУ :

Uz=k⋅U x⋅U y , (1.1)

где k – коэффициент пропорциональности.

Если полярность выходного напряжения определяется в соответствии с выраже-

нием (1.1) и с учетом полярности входных сигналов, которые могут быть как положи-

тельными, так и отрицательными, то такой ПС называется четырехквадрантным.

В связи с тем что величина выходного сигнала UZ может быть получена при

различных сочетаниях U X и UУ , рабочие характеристики ПС определяются иначе,

чем для устройства с одним входом или операционных усилителей (ОУ).

Для описания характеристик неидеального ПС необходимо иметь ряд частных

коэффициентов усиления и сигналов смещения:

Uz ' =k⋅U x⋅U y+k x⋅U x+k y⋅U y+k0 , (1.2)

где k0 , k x , k y – константы, определяющие начальное смещение U0 и смещения, за-

висимые от величины сигналов Ux и U y .

В соответствии с (1.2) в ПС высокой степени точности необходимо обеспечить

как минимум четыре подстройки, позволяющие установить требуемый коэффициент

передачи k и снизить до нуля остальные три составляющие ошибки.

Обычно коэффициент передачи k выбирают таким, чтобы удовлетворить условию:Uz=Ux⋅U y/10. (1.3)

Основные параметры четырехквадрантных ПС: погрешность перемножения сигналов, полоса пропускания, температурный дрейф.

Погрешностью перемножения сигналов называют максимальную величину отклонения фактической величины выходного напряжения ПС от расчетного значения, получаемого в соответствии с выражением (1.1), для любого сочетания входных величин U X и U У во всем динамическом диапазоне (ДД) устройства. Обычно она выражается в процентах от полного диапазона выходных сигналов и фактически обобщает все возможные составляющие погрешности, включая нелинейность перемножения, начальное и остаточные смещения в соответствии с общей формой записи характеристикПС (1.2):

δUz=(Uz'/Uz)−1=(k x⋅Ux+k y⋅U y+k 0)/(k⋅U x⋅U y). (1.4)

Полоса пропускания определяется, как и для ОУ, по уровню минус 3 дБ или по уровню частотной погрешности UZf=1% выходного напряжения на верхних частотах UZB относительно напряжения на нижних частотах UZH при постоянных амплитудах входных сигналов:

δUzf=(UZB/UZH)−1 . (1.5)

Температурный дрейф оценивается изменением коэффициентов k и k0 под действием температуры и выражается в милливольтах на градус Цельсия для k0 и в процентах на градус Цельсия — для k .

1.2.2 Реализация математических операций на основе перемножителей сигна-

лов

Подобно ОУ, аналоговый ПС является универсальным базовым блоком, выполняющим ряд математических операций: умножение, деление, возведение в квадрат и извлечение квадратного корня. В ряде случаев функциональные возможности ПС реализуются совместно с ОУ.

Операция умножения двух сигналов реализуется при использовании ПС (рис.1.1) по прямому назначению путем подачи на один из его входов напряжения U X , а на второй — U y . Выходное напряжение Uz при этом соответствует выражению (1.1).

Рисунок 1.1 — ПС в режиме умножения (а) и

возведения в квадрат (б)

Возведение в квадрат производится при подаче на оба входа ПС (рис.1.2) одного из входных напряжений, например U X . Выходное напряжение приобретает вид UZ=k⋅U X2 .Операция деления выполняется путем включения ПС в цепь ООС ОУ таким об-

разом, что выходной сигнал ПС Uв совместно с одним из входных сигналов Uz делителя (см. рис. 1.2) подается на суммирующий вход ОУ. Под действием входного напряжения ПС Uвх=k⋅Ux⋅U y по резистору R1 протекает ток

I B=k⋅Ux⋅U y/ R1, (1.6)

который в соответствии с первым правилом — свойством ОУ равен току I Z , вызываемому источником входного сигнала UZ :

I B=−I z=U z/R2. (1.7)

Решая совместно уравнения (1.5) и (1.6), получаем выходное напряжение делителя

U y=R1⋅U z/R2⋅k⋅U x. (1.8)

Если выполнить условие

R1/R2=k , (1.9)

то масштабный коэффициент делителя станет равным единице, и выходное напряжение (1.8) будет строго соответствовать операции деления одного напряжения на другое.

Рисунок 1.2 — Делитель аналоговых сигналов

на ПС и ОУ

Извлечение корня квадратного из входного сигнала с помощью устройства, изображенного на рис.1.4, осуществляется путем подачи выходного напряжения ОУ U y на оба входа ПС.Выходное напряжение ПС при этом

UВ=k⋅U _y² , (1.12)

а ток, вызываемый этим напряжением,

I В=k⋅U _y²/R2. (1.13)

Учитывая соотношение (1.7), которое применимо и для рассматриваемого

устройства, а также выражение (1.13), можно записать:

U y=√((R2⋅Uz)/(R1⋅k)). (1.14)

При условии (1.9) напряжение (1.14) на выходе корнеизвлекающего устройства(см. рис. 1.4) точно соответствует корню квадратному из входного напряжения Uz .

При включении ПС в цепь ООС ОУ (см. рис. 1.2 и 1.4) необходимо обеспечивать положительность выходного напряжения U y , иначе возможна ПОС в замкнутом контуре и, следовательно, возбуждение устройства. Поэтому входной сигнал Uz взят со знаком минус.

В озможности реализации разнообразных устройств электронной аппаратуры на перемножителях иллюстрирует рисунок 7.25.

Принцип работы этих устройств ясен из приведенных схем и расчетных соотношений, пояснения, пожалуй, требует лишь схема удвоителя частоты (рисунок 7.25в). Если на оба входа перемножителя подают напряжение одной и той же частоты, то на выходе ПАС напряжение подчиняется следующему тригонометрическому тождеству

.

Из приведенного выражения видно, что любая входная частота f будет удваиваться при прохождении через устройство возведения в квадрат, либо делиться на два при прохождении через извлекатель корня квадратного (рисунок 7.25г). Более подробная информация о ПАС содержится в [12].

50. Типы аналоговых ПС и их отличительные особенности. Балансные модуляторы (БМ) и реализация на их основе амплитудного модулятора, синхронного амплитудного, фазового и частотного модулятора, синхронного амплитудного, фазового и частотного демодуляторов

Структурные схемы PM и FM модуляторов

Для этого рассмотрим комплексные огибающие сигналов PM и FM и воспользуемся универсальным квадратурным модулятором. Комплексная огибающая сигналов c PM представлена выражением (5), из которого следуют следующие квадратурные составляющие:

(14)

Тогда PM модулятор на базе универсального квадратурного модулятора может быть представлен следующим образом (рисунок 1)

Рисунок 1: Структурная схема PM модулятора

На вход подается модулирующий сигнал, который нормируется по амплитуде, так чтобы амплитуда не превышала единицы. Затем сигнал усиливается в m раз, тем самым задается девиация фазы, затем формируется комплексная огибающая согласно выражению (14), и наконец квадратурный модулятор формирует радиосигнал. Усилитель A0 - вынесен на выход, он усиливает радиосигнал до нужного уровня.

Комплексная огибающая FM имеет вид:,

(15)

Тогда (16)

Схема FM модулятора (рисунок 2) очень похожа на схему PM модулятора (рисунок 1):

Рисунок 2: Структурная схема FM модулятора

Отличие схемы FM модулятора от схемы PM заключается в том, что нормированный модулирующий сигнал интегрируется, и усилитель задает не девиацию фазы m, а девиацию частоты ω_δ.

Фазовый и частотный демодуляторы

При использовании БМ в режиме фазовой демодуляции (рис. 1.7) на входы БМ 1подают напряжения одной и той же частоты , но со сдвигом фаз на угол φ . Пусть один из сигналов будет UC1 (t)=Um1⋅cos (ω0⋅t ) , а второй — UC2(t )=Um2⋅cos (ω0⋅t +ϕ) , тогда в соответствии с (1.15) на выходе БМ 1 появится напряжение

UБМ (t )=k⋅Um1⋅Um2/2 ⋅[cos (2ω0⋅t+ϕ)+cos (ϕ)] . (1.21)

Рисунок 1.7 — Фазовый демо-

Дулятор

Рисунок 1.8 — Частотный демо-

дулятор

Если с помощью ФНЧ 2 отфильтровать составляющую с удвоенной частотой, то на выходе ФД будет постоянное напряжение, пропорциональное косинусу угла φ :

UВЫХ (t )=(K1⋅Um1⋅Um2/2)⋅cos (ϕ) . (1.22)