6.10 Источник опорного напряжения на оу

ОУ часто используют в блоках формирования эталонного напряжения, например, в компараторах (см. раздел 6.8), в которых стабильность опорного (эталонного) напряжения определяет качество работы сравнивающего устройства. Источник опорного напряжения (ИОН) предназначен для формирования напряжения не зависимого (в определенной степени) от колебаний напряжения питания и параметров нагрузки (R_Н, I_Н). Простейший тип ИОН был рассмотрен в разделе 1.2 (см. рисунок1.11). Его применение целесообразно для неизменных параметров нагрузочной цепи для условия, когда R_Н много больше сопротивления стабилитрона. При изменении R_Н выходное напряжение параметрического стабилизатора будет меняться.

Улучшить характеристики параметрического стабилизатора (в частности стабильность выходного напряжения) можно при использовании ОУ (см. рисунок 6.20). Для повышения качества параметрический стабилизатор дополняется усилителем, включенным по схеме повторителя напряжения. Повторитель на ОУ позволяет избавиться от влияния параметров нагрузки на величину опорного напряжения (U_ВЫХ).

Рисунок 6.20 – Принципиальная схема источника опорного напряжения на ОУ

Особенностью применения ОУ в ИОНах является возможность оперативной (в небольших пределах) корректировки опорного напряжения, для чего повторитель заменяется усилителем в неинвертирующем включении с возможностью коррекции коэффициента передачи ОУ (см. рисунок 6.21).

Рисунок 6.21 – Принципиальная схема регулируемого источника опорного напряжения на ОУ

7 Автогенераторы

Генератором называется устройство, предназначенное для преобразования энергии источника питания в энергию сигнала переменной амплитуды различной формы. В этом отношении различают генераторы гармонических колебаний и релаксационные генераторы (см. рисунок 7.1). Первые чаще всего работают в режиме автогенерации, вторые могут быть и синхронизируемыми, т.е. запускаться внешними управляющими сигналами. Релаксационные генераторы с внешним запуском называют одновибраторами.

Рисунок 7.1 - Классификация генераторов

В настоящем разделе курса главное внимание будет уделено рассмотрению автогенераторов, релаксационные (импульсные) генераторы изучаются в обьеме цифровой электроники.

На рисунке 7.2 приведена известная функциональная схема усилительного каскада, охваченного обратной связью, где К – коэффициент усиления прямой цепи, β – коэффициент усиления звена обратной связи. В том случае, когда фазы сигналов входного и обратной связи совпадают обратная связь квалифицируется как положительная (см. раздел 2).

Рисунок 7.2 - Функциональная схема автогенератора

Тогда известная формула расчета коэффициента усиления каскада, охваченного положительной обратной связью (ПОС) будет иметь вид:

при этом все члены, входящее в соотношение, как правило, являются комплексными величинами.

Поскольку в любом усилительном каскаде коэффициент усиления является в общем случае частотно зависимым, последнее выражение можно переписать:

В автогенераторах используется условие К_ОС → ∞, имеющее место для или с учетом комплексности :

Данное равенство возможно для некоторой частоты w₁ и разбивается на два условия:

,

где n = 0; 1; 2; …. – любое целое число.

Первое условие носит название «баланс амплитуд», второе – «баланс фаз». Баланс фаз и амплитуд является необходимым и достаточным для возникновения на выходе усилительного каскада с ПОС гармонических колебаний. Если условие баланса фаз и амплитуд выполняется для одной частоты – на выходе устанавливаются синусоидальные колебания этой частоты, при соблюдении балансов в широком диапазоне частот – имеем релаксационный генератор, например прямоугольных импульсов.

На практике баланс фаз и амплитуд достигается формированием цепи ПОС LC или RC цепями. Один из вариантов LC генератора является схема, изображенная на рисунке 7.3.

Рисунок 7.3 - Схема LC автогенератора

В коллекторную цепь транзистора включен колебательный контур L_КR_К. За счет ПОС, сформированной индуктивностью L_СВ, сигнал с выхода попадает на вход. При условии достижения баланса амплитуд (за счет коэффициента трансформации обмоток L_KL_СВ на выходе каскада установятся синусоидальные колебания с частотой свободных колебаний колебательного контура L_КR_К. Элементы LФ и СФ не пропускают переменную составляющую через источник питания.

На рисунке 7.4 приведена принципиальная схема RC автогенератора.

Рисунок 7.4 - Схема LC автогенератора

Рисунок 7.5 - Генератор синусоидальных колебаний на ОУ с диодной автокоррекцией в цепи ООС