Функціональні пристрої на ОУ

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

  1. Операційні підсилювачі. Структура та функції операційних підсилювачів

Операційний підсилювач звичайно включає в себе диференціальний каскад ДК на вході, підсилювач напруги УН і емітерний повторювач ЕП на виході.

Диференціальний каскад виконується на польових транзисторах для отримання високого вхідного опору. Підсилювач напруги зазвичай виконується у вигляді диференціального підсилювача на біполярних транзисторах для отримання великого коефіцієнта підсилення. Емітерний повторювач застосовується для отримання низького вихідного опору.

Основна особливість операційних підсилювачів полягає в необмежено великому коефіцієнті підсилення по напрузі й струму, тому без зворотних зв'язків операційні підсилювачі не застосовуються. У реальних ОП коефіцієнт посилення . Смуга пропускання ОУ не дуже велика.

Окрім посилення ОУ може виконувати різні математичні операції.

  1. Інвертується і неінвертірующего включення операційних підсилювачів

Інвертуючому включення операційних підсилювачів

Ланцюг зворотного зв'язку утворюється опорами z 1 і z 2. Вихідний сигнал по ланцюгу зворотного зв'язку подається на вхід в протифазі з вхідним сигналом , Тоді напруження між входами ОУ прагне до нуля, так як коефіцієнт посилення ЗУ дуже великий, тобто . Таким чином, для отримання необхідної напруги на виході досить малої напруги між входами ОУ. При цьому в точці 1 по змінній напрузі практично нульовий потенціал, тому крапку 1 називають «віртуальним нулем». Тоді струми , . Так як вхідний опір ОУ велике, то і, отже, , А коефіцієнт передачі ОУ з ланцюгом негативного зворотного зв'язку . Якщо опору ланцюга ОС - дійсні, тобто , , То . Якщо опору ланцюга ОС рівні, то K =- 1 - инвертирующий повторювач. Вхідний опір підсилювача . Вихідний опір підсилювача , Де - Вихідний опір ОП.

Неінвертірующего включення

Напруга зворотного зв'язку , Де коефіцієнт передачі ланцюга ОС , Тоді . Посилюється різницеве ​​напруга між входами ОУ. Так як коефіцієнт посилення ЗУ дуже великий, то різницеве ​​напруга мізерно мало, тобто . Тоді коефіцієнт передачі .

  1. Різновиди підсилювачів

Суммирующий підсилювач

Для струмів, враховуючи віртуальний нуль, можна записати , Тоді, так як , то , Або

Як бачимо, виходить вагове підсумовування напруг. Якщо все опір однієї величини, то виходить рівноважний підсумовування:

Особливість підсумовування полягає в тому, що воно практично ідеальне, тому що через наявність віртуального нуля в точці 1 вхідні напруги один на одного не впливають.

Диференціює підсилювач

Коефіцієнт передачі , Де , . Тоді . При переході в p-площину (заміна ) Отримаємо: . Тоді вихідна напруга . Множення на p еквівалентно диференціюванню:

Таким чином, вихідна напруга дорівнює похідної вхідної напруги.

АЧХ диференціюючого підсилювача:

Оцінимо точність диференціювання в порівнянні з пасивною диференціюючого RC-ланцюгом.

Пасивна RC-ланцюг здійснює диференціювання на низьких частотах, поки її АЧХ менше одиниці. В підсилювачі на ОУ АЧХ йде вгору відповідно до посиленням власне ОУ. Диференціювання виходить практично ідеальним, завдяки властивостям ОУ.

Інтегруючий підсилювач

Коефіцієнт передачі , Де , . Тоді . При переході в p-площину (заміна ) Отримаємо: . Тоді вихідна напруга . Поділ на p еквівалентно інтегруванню:

АЧХ інтегруючого підсилювача

Оцінимо точність інтегрування в порівнянні з пасивною інтегруючого RC-ланцюгом.

Пасивна RC-ланцюг не здійснює інтеграцію на низьких частотах. В підсилювачі на ОУ інтегрування на низьких частотах до тих пір, поки АЧХ не досягне рівня посилення власне ОУ. Інтегрування виходить практично ідеальним, завдяки властивостям ОУ.

Логарифмують підсилювач

Як було показано раніше, I 1 = I 2. Струм I 1 = U 1 / R, струм I 2 визначається вольтамперной характеристикою діода: . Падіння напруги на діоді E =- U 2, тоді , Звідки . Точність логарифмування залежить від вольтамперной характеристики діода.

Антілогаріфмірующій підсилювач

Струми I 1 = I 2. Струм I 1 визначається вольт-амперної характеристикою діода: , Струм I 2 = U 2 / R. Падіння напруги на діоді E =- U 1, тоді , Звідки і, отже,

  1. Активні RC-фільтри

Фільтр - частотно-виборчі пристрій, що пропускає коливання певних частот.

Розділяють фільтри чотирьох типів:

1) фільтри нижніх частот (ФНЧ);

2) фільтри верхніх частот (ФВЧ);

3) смугові фільтри (ПФ);

4) режекторние фільтри (РФ).

Існують фазозсувні фільтри, АЧХ яких рівномірна, ФЧХ задана. У загальному випадку в p-площині фільтр має передавальної функцією .

Для фізично реалізованих пристроїв необхідно, щоб .

Розглянемо фільтри кожного типу.

1) Фільтри нижніх частот

Для реалізації частотних характеристик фільтрів використовують чотири види апроксимацій, в результаті можна виділити чотири види фільтрів.

Можна виділити три частотні області:

1) - Смуга пропускання фільтра;

2) - Перехідна область АЧХ (найменша у еліптичного, найбільша - у фільтра Баттерворта);

3) - Смуга затримування.

Передавальну функцію фільтру першого порядку можна записати як , Фільтру другого порядку . Вагові коефіцієнти a і b визначаються параметрами схеми.

Розглянемо приклад реалізації фільтру першого порядку. Він складається з інтегруючого ланцюжка R 1 C і підсилювача на ОП з ланцюгом ОС R 2, і R 3.

Передавальна функція інтегруючого ланцюжка Коефіцієнт підсилення підсилювача

. Тоді результуюча передатна функція фільтра

де , .

Розглянемо приклад реалізації фільтру другого порядку. Він складається з двох інтегруючих ланцюжків (R 1 C 1, ОП і R 2 C 2) і підсилювача (R 3, R 4, ЗУ). У даній схемі ОУ бере участь у формуванні АЧХ фільтра. Ємність C 1 формує перехідну область АЧХ. Перехідна область буде менше, ніж у фільтра першого порядку. Фільтри вищих порядків можна отримати каскадним з'єднанням фільтрів першого і другого порядків. Величина порядку впливає в основному на тривалість перехідної смуги.

2) Фільтри верхніх частот

Використовують ті ж види апроксимації, що і для ФНЧ.

Смуга пропускання ; Перехідна область АЧХ ; Смуга затримування .

Передавальні функції ФВЧ можна отримати з передавальних функцій ФНЧ заміною . Тоді передатна функція ФВЧ першого порядку , Другого порядку

Наведемо схеми ФВЧ. Він складається з диференціюючого ланцюжка R 1 C і підсилювача на R 2, R 3 та ОУ.

Коефіцієнт передачі диференціює ланцюга коефіцієнт посилення підсилювача .

Тоді результуючий коефіцієнт передачі фільтра

де , .

ФВЧ другого порядку складається з двох дифференцирующих ланцюгів (R 1 C 1 та R 2 C 2) і підсилювача (R 3, R 4 і ОУ). Ланцюг зворотного зв'язку на опорі R 1 дозволяє формувати перехідну область АЧХ, за рахунок чого вона менше, ніж у ФВЧ першого порядку.

3) Смугові фільтри

Використовують ті ж види апроксимації, що і для ФНЧ і ФВЧ.

Смуговий фільтр має дві частоти зрізу: і . Смуга пропускання фільтра . Ширина смуги пропускання . Центральна частота . Перехідні області , . Смуги затримування і . Добротність фільтру можна визначити як .

Розглянемо приклад реалізації смугового фільтру другого порядку.

Ланцюг R 1, C 1 та ОУ представляють собою інтегруючий підсилювач, що пропускає низькі частоти; ланцюг R 3, C 2 і ОУ утворюють диференціює підсилювач, що пропускає високі частоти; результуюча АЧХ буде вибірковою.

Центральна частота , Де . Тоді

Величина опору R 2 встановлює співвідношення між інтегруючої та диференціює частиною. R 1 R 2 - дільник, від коефіцієнта передачі якого залежить напруга на ємності C 2, тобто на диференціює ланцюга.

4) Режекторні фільтри

Використовують ті ж види апроксимації, що і для ФНЧ і ФВЧ.

Смуга затримування ; Смуги пропускання і . Перехідні області АЧХ , . Добротність фільтру можна визначити як , Де смуга фільтра .

Режекторні фільтри звичайно виконують парного порядку. Розглянемо режекторний фільтр другого порядку. Передавальна функція фільтра .

За постійному струму в фільтрі - 100%-а зворотній зв'язок, K = 1, що є недоліком. Гідність даного фільтра в тому, що він неінвертуючий.

  1. Компаратори сигналів

Компаратори сигналів здійснюють порівняння сигналів. Застосовуються в аналого-цифрових перетворювачах, стабілізаторах напруги, порогових пристроях. Сигнал на виході компаратора може приймати два стани: одиничне ( ) І нульовий ( ). При порівнянні двох напруг і компаратор буде працювати наступним чином: якщо , Тобто , То ; Якщо , Тобто , То ; Якщо , Тобто , То компаратор знаходиться в стані перемикання.

Як компаратора зазвичай використовуються операційні підсилювачі без зворотного зв'язку. Коефіцієнт посилення , При малих сигнали він працює в режимі підсилення. У реальних компараторах можуть виникати помилки на вході, що зміщують характеристику компаратора.

Розглянемо різні типи компараторів.

Діоди не мають безпосереднього відношення до роботи компаратора, вони захищають операційний підсилювач від перевантаження. При наявності різниці на вході на виході операційного підсилювача - стан насичення, в залежності від знаку на виході буде або , Або . При рівності сигналів компаратор буде перебувати в стані перемикання ( ), Що буде при рівних і протилежних токах через опору R 1 і R 2, тобто , Тоді . Якщо опору рівні, тобто R 1 = R 2, то .

Для порівняння напруг будь-якого знака необхідно використовувати обидва входи операційного підсилювача.

Граничне пристрій порівнює вхідний напруга з постійною напругою.

Нуль - індикатор (детектор фіксації нуля) порівнює напруга на вході з нулем.

Компаратор з позитивним зворотним зв'язком.

Будується на основі одновходового инвертирующего компаратора. Захисні діоди не показані для простоти. Позитивний зворотний зв'язок застосовується для підвищення швидкодії та завадостійкості (по відношенню до зовнішніх перешкод і власним шумів). Точка перемикання на наскрізний характеристиці зміщується на величину . Тобто на неінвертуючий вході завжди присутня напруга за рахунок позитивного зворотного зв'язку; щоб компаратор переключився, диференціальне напруга між входами має становити величину . Даний компаратор також є нуль-індикатором. Компаратор спрацьовує, коли напруга перевищує величину . Компаратор з ПОС називається компаратором з защелкиванием або регенерацією. Його передатна характеристика має вид петлі гістерезису.

Зазвичай компаратори характеризуються часом затримки t з - час рівності вхідних напруг до досягнення вихідним напругою заданого рівня (50%).

У компараторах застосовуються звичайні операційні підсилювачі (напруга відкривання транзісторов0, 7 B) і спеціальні операційні підсилювачі на діодах Шотки (напруга відкривання транзисторів 0,3 B). Особливу групу складають так звані стробирующие компаратори, які спрацьовують при подачі стробирующих імпульсів і запам'ятовують напругу до наступного стробирующий імпульсу.

Література

  1. В. Майоров, С. Майоров - Підсилювальні пристрою на лампах, транзисторах і мікросхемах

  2. Розрахунок схем на транзисторах. Пер. з англ. - М.: Енергія, 1969

  3. Цикін Г.С. Електронні підсилювачі - М.: Зв'язок, 1965

  4. Ксояцкас А.А. Основи радіоелектроніки - М.: В.Ш., 1988

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Комунікації, зв'язок, цифрові прилади і радіоелектроніка | Контрольна робота
60.2кб. | скачати


Схожі роботи:
Функціональні пристрої телекомунікацій
Інформатика Пристрої введення і виведення Периферійні пристрої
Гіпербілірубінемії функціональні
Функціональні системи організму
Функціональні стилі мовлення
Функціональні типи мовлення
Функціональні стани людини
Функціональні стилі російської мови
Структурно-функціональні зміни ендометрії
© Усі права захищені
написати до нас