Громыко, А.И. Схемотехника аналоговых электронных устройств

10. ЭЛЕМЕНТЫ АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ НА БАЗЕ ОУ

10.6. Дифференциатор



Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-161-

В простейших схемах имеет место ошибка интегрирования. Цепь

ОС ОС

,CR

(рис. 10.11, а

) обеспечивает спад усиления на ВЧ, что устраняет дифферен-

цирование собственных шумов. Цепь

11

,CR

(рис. 10.11, б) устраняет само-

возбуждение.

1

0

.

7

.

И

с

т

о

ч

н

и

к

с

т

а

б

и

л

ь

н

о

г

о

н

а

п

р

я

ж

е

н

и

я

ОУ можно использовать в качестве источника опорного напряжения,

имеющего низкое выходное сопротивление (рис. 10.12, а

). Это простейшая

схема, здесь опорное напряжение подают от отдельного источника стабиль-

ного напряжения

ОС

1

1,

R

K

R

= +

тогда

ОС

вых оп

1

1.

R

UU

R



= ⋅+





Однако во всех схемах обычно используют в качестве опорного напря-

жения стабилитрон (рис. 10.12, б

).

1

0

.

8

.

О

п

е

р

а

ц

и

о

н

ы

е

у

с

и

л

и

т

е

л

и

с

н

е

л

и

н

е

й

н

ы

м

и

э

л

е

м

е

н

т

а

м

и

в

ц

е

п

я

х

О

С

Выпрямители и детекто-

ры сигналов. Для обычных схем

выпрямления и детектирования

напряжение открывания p–n-

перехода около 0,6–0,7 В. Для

измерительных приборов эта ве-

личина недопустимо велика. На

рис. 10.13

приводится схема од-

нополупериодного выпрямителя.

В данной схеме порог срабаты-

вания можно снизить в

0

K

раз.

В данной схеме для поло-

а

U

оп

R

ОС

R

1

+

–

б

–

+

R

1

R

1

R

ОС

U

оп

Рис. 10.13. Схема однополупериодного

выпрямителя

U

вых

R

2

R

1

U

вх

R

3

VD3

VD2

VD1

R

б

–

+

Рис. 10.12. Источники стабильного напряжения

10. ЭЛЕМЕНТЫ АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ НА БАЗЕ ОУ

10.8. Операционные усилители с нелинейными элементами в цепях ОС



Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-162-

жительных полуволн

вх

U

выходное напряжение равно нулю (диод

3VD

в этот

момент закрыт отрицательным выходным напряжением).

Диод

1VD

защищает входы ОУ от перегрузки положительным сигна-

лом. Для отрицательных полуволн

вх

U

диод

3VD

открывается и выпрямитель

работает как усилитель

ОС

вых c

R

UU

R

=−⋅

.

Добавление к данной схеме инвертирующего сумматора позволяет реализо-

вать двухполупериодный выпрямитель.

1

0

.

9

.

Л

о

г

а

р

и

ф

м

и

ч

е

с

к

и

й

у

с

и

л

и

т

е

л

ь

Логарифмический усилитель (ЛУ) – усилитель, у которого выходное

напряжение пропорционально по времени логарифму

U

. Функциональная

схема такого усилителя показана на рис. 10.14

.

Для получения данного усилителя в цепь ОС включают элемент лога-

рифмической ВАХ. Обычно в качестве такого элемента используется харак-

теристика p–n-перехода. Для p–n-перехода (диода) имеем:

дд

д0 0

exp 1 exp .

qU qU

II I

kT kT

⋅⋅



= −≈



⋅⋅



(10.1)

где q – заряд электрона; k – постоянная Больцмана; Т – абсолютная температура.

Решая данное выражение относительно напряжения на диоде, получим:

( )

д д0

κ

ln ln ,

T

U II

q

⋅

=−⋅ −

(10.2)

где

вх

д

U

I

R

=

.

Из (10.1

) и (10.2) находим:

вх

вых д

κ

ln

TU

UU a

qR

⋅



=−=− ⋅⋅ −





.

Если диод

VD

поменять местами с

резистором, то получим антилогарифми-

ческий усилитель. Вместо диода можно

использовать транзистор в схема с ОБ.

Рис. 10.14. Функциональная схема

логарифмического усилителя

R

I

д

U

с

VD

10. ЭЛЕМЕНТЫ АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ НА БАЗЕ ОУ



Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-163-

1

0

.

1

0

.

У

м

н

о

ж

и

т

е

л

ь

а

н

а

л

о

г

о

в

ы

х

с

и

г

н

а

л

о

в

Операция умножения может быть выполнена несколькими методами.

Наиболее часто применяют следующие:

1. Метод логарифмирования сигналов (рис. 10.15

).

2. Метод управления передаточной проводимостью транзисторов.

3

вых 2 2 1 2

1

antiln

U

U K KUU

K

= ⋅ = ⋅⋅

,

3 1 1 2 1 12

(ln ln ) ln( ).U K U U K UU=⋅+ = ⋅

Частное от деления двух аналоговых сигналов получают путем вычи-

тания их логарифмов и взятия антилогарифма от этой разности.

1

0

.

1

.

Г

е

н

е

р

а

т

о

р

ы

г

а

р

м

о

н

и

ч

е

с

к

и

х

к

о

л

е

б

а

н

и

й

Практически чаще всего строятся автогенераторы с мостом Вина (рис.

10.16), где

12

,rr

– активная ветвь;

112 2

,,,CRC R

– реактивная ветвь. Это квази-

резонансная цепь с частотой

0

1212

1

ω

RRCC

=

⋅⋅⋅

.

Максимальный коэффициент передачи реактивной части моста

вых

вх

1

3

U

=

на частоте

0

ω

.

Рис. 10.15. Схема реализации умножения сигналов методом логарифмирования

U

1

U

2

R

ос

U

3

U

вых

10. ЭЛЕМЕНТЫ АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ НА БАЗЕ ОУ

10.11. Генераторы гармонических колебаний



Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-164-

Для получения монохроматического колебания необходимо выпол-

нить:

1) баланс амплитуд, т. е. произведение коэффициента передачи RC-

цепи и коэффициента усиления ОУ должно быть больше или равно единице.

2) баланс фаз, т. е. сдвиг фаз по петле ОС должен быть близок к нулю

или кратен полному числу периодов колебания с частотой

0

ω

. Поскольку ко-

эффициент передачи моста Вина

1

3

, то коэффициент усиления ОУ должен

быть

3≥

. По неинвертирующему коэффициент усиления ОУ равен 3, поэто-

му в схеме возникает устойчивая генерация.

11

,2RR

– цепочка частотно-неза-

висимой отрицательной ОС – формирует заданный коэффициент усиления,

по прямому входу задействована положительная частотно-зависимая ОС.

Если последовательно с

1

R

включить источник сигнала, то при

11

2RR>

баланс амплитуд перестанет выполняться и получим избирательный усили-

тель, настроенный на

0

ω

.

1

0

.

1

2

.

П

р

е

о

б

р

а

з

о

в

а

т

е

л

и

т

о

к

а

в

н

а

п

р

я

ж

е

н

и

е

Идеальный источник тока имеет бесконечно большое выходное сопро-

тивление и его выходной ток не зависит от нагрузки.

В данной схеме (рис. 10.18

) сопротивление нагрузки для источника то-

ка

:0=

, так как потенциал инвертирующего входа ОУ равен нулю.

Рис. 10.16. Избирательная цепь

для реализации генератора

U

вых

U

вх

С

1

С

2

R

2

R

1

r

1

R

2

Рис. 10.17. Функциональная

схема генератора

R

1

2R

1

R

С

+

–

10. ЭЛЕМЕНТЫ АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ НА БАЗЕ ОУ

10.12. Преобразователи тока в напряжение



Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-165-

Тогда

вых 1 ОС

U IR=−⋅

.

Нижний предел измерения тока определя-

ется током смещения.

ОС

C

включают для

уменьшения влияния высокочастотных

шумовых токов.

1

0

.

1

3

.

У

с

и

л

и

т

е

л

и

п

о

с

т

о

я

н

о

г

о

т

о

к

а

Усилители постоянного тока (УПТ) (рис. 10.19

) предназначены для

усиления медленно изменяющихся во времени сигналов, содержащих как пе-

ременную, так и постоянную составляющую.

Для идеального УПТ АЧХ и амплитудная характеристики должны

иметь вид (рис.10.19

). Поэтому в таких усилителях используют гальваниче-

скую связь между каскадами.

Различают УПТ прямого усиления и усилители с переносом спектра

(МДМ)

. УПТ с гальваническими связями (рис. 10.20):

123

ээ э

,RRR>>

123

кк к

.RRR>>

Рис. 10.18. Принципиальная схема

источника тока

R

ОС

С

ОС

R

1

I

1

+

–

Рис. 10.20. УПТ с гальвани-

ческими связями

R

б1

R

б2

R

г2

R

г1

R

г

Е

г

R

к1

R

э2

Рис. 10.19. Характеристики усилителя

постоянного тока

U

вых

U

вх

К(f)

f

0

10. ЭЛЕМЕНТЫ АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ НА БАЗЕ ОУ

10.13. Усилители постоянного тока



Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-166-

Каскад на основе мостовой схемы представлен на рис. 10.20. В диагональ

моста включен источник сигнала

г

E

. Изменение

г

E

в диагонали вызывает

изменение

бэ

U

′

и изменение сигнала в нагрузке. Недостатки: малое усиление,

нет общего провода.

В

ы

в

о

д

ы

Усилительные устройства составляют наиболее широкий класс анало-

говой электроники.

Применение отрицательной обратной связи является основным спосо-

бом повышения стабильности параметров усилительных устройств, линеари-

зации АЧХ и ФЧХ.

Функционально полными элементами аналоговой электроники явля-

ются операционные усилители (ОУ). В зависимости от используемых в ОУ

параметров цепи обратной связи реализуют схемы, выполняющие различные

функции, включая выполнение математических операций с поступающими

на вход ОУ сигналами.

На ОУ могут строиться разнообразные функциональные преобразова-

тели аналоговых сигналов. Анализ таких преобразователей упрощается с

использованием модели идеального ОУ, степень приближения к которой ре-

альных ОУ достаточно высока.

При проектировании усилителей большой мощности особое внимание

следует уделять решению задачи повышения КПД. Высокий КПД достигает-

ся при работе усилительных каскадов в ключевом режиме.



Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-167-

Б

И

Б

Л

И

О

Г

Р

А

Ф

И

Ч

Е

С

К

И

С

П

И

С

О

К

1. Войшилло, Г. В. Усилительные устройства / Г. В. Войшилло. – М.:

Радио и связь, 1983.

2. Юзов, В. И. Усилительные устройства / В. И. Юзов. – Красноярск:

КГТУ, 1993.

3. Войшилло, Г. В. Усилительные устройства / Г. В. Войшилло. – М.:

Радио и связь, 1975.

4. Сергеев, В. М. Электроника. Ч. 1. Элементная база, аналоговые

функциональные устройства: учеб. пособие / В. М. Сергеев. – Томск: Изд-во

ТПУ, 2005. – 132 с.

5. Лурье, О. Б. Усилители видеочастоты / О. Б. Лурье. – М.: Советское

радио, 1961.

6. Усилительные устройства: учеб. пособие для вузов / ред. О. В. Го-

ловин. – М.: Радио и связь, 1993.

7. Остапенко, Г. С. Усилительные устройства: учеб. пособие для вузов /

Г. С. Остапенко. – М.: Радио и связь, 1989.

8. Юзов, В. И. Проектирование широкополосных и импульсных уси-

лителей / В. И. Юзов. – Красноярск: КрПИ, 1983. – Ч. 1–3.

9. Легостаев, Н. С. Мотоды анализа и расчета электронных схем. Руко-

водство к организации самостоятельной работы / Н. С. Легостаев, К. В. Чет-

вергов. – Томск: Томский государственный университет систем управления и

радиоэлектроники, 2006. – 215 с.

Громыко, А.И. Схемотехника аналоговых электронных устройств

Подождите немного. Документ загружается.