10.ЭЛЕМЕНТЫ АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ НА БАЗЕ ОУ

10.5.Интеграторы

Процедура интегрирования в операционной форме имеет вид

y = Apx ,

гдеу– выходная переменная (сигнал);х– входная переменная (входной сигнал). Тогда передаточная функция интегратора запишется в виде

H ( p) = xy = Ap .

Для инвертирующего усилителя мы определили, что

KОС = − RОС ,

R1

или

H ( p) = − Ψ1( p) ,

ΨОС( p)

т. е. проводимость обратной связи должна зависеть от частоты. Поскольку Ψc = ω C = p C , то это конденсатор.

RОС

ZОС

С

R1

R1

–

–

+

+

Rбал

Рис. 10.8. Функциональная

Рис. 10.9. Схема интегратора

схема интегратора

с повышенной линейностью

Простейшая схема интегратора приведена на рис. 10.8. Действительно,

Uвых = KОС Uвх ;

Uвых ( p) = KОС( p) Uвх ( p) ;

 Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-159-

10.ЭЛЕМЕНТЫ АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ НА БАЗЕ ОУ

10.5.Интеграторы

Uвых ( p) = − p R1 C Uвх ( p);

Uвых (t) = − R1C ∫t1 Uвх (t)dt ;

0

т. е. в интеграторе выходное напряжение пропорционально интегралу по времени входного напряжения.

Более сложная схема интегратора приведена на рис. 10.9. Здесь RОС , шунтирующее конденсатор, вводится для компенсации смещения. Rбал слу-

жит для уменьшения ошибки интегрирования, вызванной входным током. Иногда параллельно Rбал включают конденсатор. На практике интеграторы

часто объединяют с сумматорами.

10.6. Дифференциатор

RОС

Uвх С

+

–

Рис. 10.10. Функциональная

схема дифференциатора

Для операции дифференцирования в операторной форме можно записать следующее выражение:

y = B p x.

Из данного выражения находим передаточную функцию

H ( p) = xy = B p.

По этому выражению можно нарисовать простейшую схему (рис. 10.10). Для данной схемы:

U С= −R

dUвх

.

вых

ОС

dt

СОС

R1

RОС

R1

Uвх

С

С1

RОС

СОС

–

+

–

+

Uвх

а

б

Рис. 10.11. Принципиальная схема дифференциальных каскадов

 Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-160-

10.ЭЛЕМЕНТЫ АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ НА БАЗЕ ОУ

10.6.Дифференциатор

Впростейших схемах имеет место ошибка интегрирования. Цепь CОС, RОС

(рис. 10.11, а) обеспечивает спад усиления на ВЧ, что устраняет дифференцирование собственных шумов. Цепь C1, R1 (рис. 10.11, б) устраняет само-

возбуждение.

10.7. Источникстабильногонапряжения

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 стабильного напряжения

RОС

RОС

K =1+

, тогда Uвых =Uоп 1+

.

R1

R1

R1

RОС

R1

RОС

–

R1

Uоп

+

–

+

Uоп

	а
				б
	Рис. 10.12.	Источники стабильного напряжения

Однако во всех схемах обычно используют в качестве опорного напряжения стабилитрон (рис. 10.12, б).

10.8.Операционныеусилителиснелинейнымиэлементами

вцепяхОС

Выпрямители и детекто-

Uвых

ры сигналов. Для обычных схем

выпрямления

и детектирования

R2

напряжение

открывания

p–n-

VD3

R1

R3

перехода около 0,6–0,7 В. Для

Uвх

измерительных приборов эта ве-

VD2

личина недопустимо велика. На

VD1

+

рис. 10.13 приводится схема од-

–

нополупериодного выпрямителя.

Rб

В данной схеме порог срабаты-

Рис. 10.13. Схема однополупериодного

вания можно снизить в K0

раз.

выпрямителя

В данной схеме для поло-

 Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-161-

10. ЭЛЕМЕНТЫ АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ НА БАЗЕ ОУ

10.8. Операционные усилители с нелинейными элементами в цепях ОС

жительных полуволн Uвх выходное напряжение равно нулю (диод VD3в этот

момент закрыт отрицательным выходным напряжением).

Диод VD1 защищает входы ОУ от перегрузки положительным сигналом. Для отрицательных полуволн Uвх диод VD3 открывается и выпрямитель

работает как усилитель

Uвых = −Uc RRОС .

Добавление к данной схеме инвертирующего сумматора позволяет реализовать двухполупериодный выпрямитель.

10.9. Логарифмическийусилитель

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 логарифмической ВАХ. Обычно в качестве такого элемента используется характеристика p–n-перехода. Для p–n-перехода (диода) имеем:

	q U				q U	д
Iд = I0 exp		д		−1 ≈ I0 exp			.	(10.1)
	k T				k T

гдеq – заряд электрона;k – постоянная Больцмана; Т– абсолютная температура. Решая данное выражение относительно напряжения на диоде, получим:

	Uд = −	κ T	(ln Iд −ln I0 ),	(10.2)
		q

где Iд = URвх .

Из (10.1) и (10.2) находим:

R Iд VD

Uс

Рис. 10.14. Функциональная схема

логарифмического усилителя

		κ T		U	вх
	Uвых = −Uд = −		ln			− a .
		q		R

Если диод VD поменять местами с резистором, то получим антилогарифмический усилитель. Вместо диода можно использовать транзистор в схема с ОБ.

 Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-162-

10.ЭЛЕМЕНТЫ АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ НА БАЗЕ ОУ

10.10.Умножительаналоговыхсигналов

Операция умножения может быть выполнена несколькими методами. Наиболее часто применяют следующие:

Rос

U1

U3 Uвых

U2

Рис. 10.15. Схема реализации умножения сигналов методом логарифмирования

1. Метод логарифмирования сигналов (рис. 10.15).

2. Метод управления передаточной проводимостью транзисторов.

Uвых = K2 antiln U3 = K2 U1 U2 ,

K1

U3 = K1 (lnU1 + lnU2 ) = K1 ln(U1 U2 ).

Частное от деления двух аналоговых сигналов получают путем вычитания их логарифмов и взятия антилогарифма от этой разности.

10.11. Генераторыгармоническихколебаний

Практически чаще всего строятся автогенераторы с мостом Вина (рис. 10.16), где r1, r2 – активная ветвь; C1, R1, C2 , R2 – реактивная ветвь. Это квази-

резонансная цепь с частотой

		ω0 =			1		.
				R1	R2 C1 C2
Максимальный коэффициент					передачи реактивной части			моста
Uвых =	1	на частоте ω0 .
Uвх	3
		 Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие						-163-

10.ЭЛЕМЕНТЫ АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ НА БАЗЕ ОУ

10.11.Генераторы гармонических колебаний

Uвх

С1

r1

R1

2R1

R1

Uвых

–

С

R2

+

С2

R2

R

R

С

Рис. 10.16. Избирательная цепь

Рис. 10.17. Функциональная

для реализации генератора

схема генератора

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 ω0 . Поскольку ко-

эффициент передачи моста Вина 13 , то коэффициент усиления ОУ должен

быть ≥ 3. По неинвертирующему коэффициент усиления ОУ равен 3, поэтому в схеме возникает устойчивая генерация. R1, 2R1 – цепочка частотно-неза-

висимой отрицательной ОС – формирует заданный коэффициент усиления, по прямому входу задействована положительная частотно-зависимая ОС.

Если последовательно с R1 включить источник сигнала, то при R1 > 2R1

баланс амплитуд перестанет выполняться и получим избирательный усилитель, настроенный на ω0 .

10.12. Преобразователитокавнапряжение

Идеальный источник тока имеет бесконечно большое выходное сопротивление и его выходной ток не зависит от нагрузки.

В данной схеме (рис. 10.18) сопротивление нагрузки для источника тока := 0, так как потенциал инвертирующего входа ОУ равен нулю.

 Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-164-

10.ЭЛЕМЕНТЫ АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ НА БАЗЕ ОУ

10.12.Преобразователитока в напряжение

Тогда

Uвых = −I1 RОС .

Нижний предел измерения тока определяется током смещения. CОС включают для

уменьшения влияния высокочастотных шумовых токов.

СОС

RОС

–

I1 R1 +

Рис. 10.18. Принципиальная схема

источника тока

10.13. Усилителипостоянноготока

Усилители постоянного тока (УПТ) (рис. 10.19) предназначены для усиления медленно изменяющихся во времени сигналов, содержащих как переменную, так и постоянную составляющую.

Для идеального УПТ АЧХ и амплитудная характеристики должны иметь вид (рис.10.19). Поэтому в таких усилителях используют гальваническую связь между каскадами.

Различают УПТ прямого усиления и усилители с переносом спектра (МДМ). УПТ с гальваническими связями (рис. 10.20):

Rэ1 > Rэ2 > Rэ3 ,

Rк1 > Rк2 > Rк3 .

Rб1

Rк1

К(f)

Rг1

Uвых

Ег

Rг

Uвх

0

Rб2

Rг2

Rэ2

f

0

Рис. 10.20. УПТ с гальвани-

Рис. 10.19. Характеристики усилителя

постоянного тока

ческими связями

 Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-165-