Устройства регулировки усиления, перемножения и деления сигналов icon

Устройства регулировки усиления, перемножения и деления сигналов









Скачать 194.05 Kb.
НазваниеУстройства регулировки усиления, перемножения и деления сигналов
Дата конвертации25.02.2013
Размер194.05 Kb.
ТипДокументы
ГЛАВА 12

УСТРОЙСТВА РЕГУЛИРОВКИ УСИЛЕНИЯ,

ПЕРЕМНОЖЕНИЯ И ДЕЛЕНИЯ СИГНАЛОВ


12.1. РЕГУЛЯТОРЫ УСИЛЕНИЯ


12.1.1. НАЗНАЧЕНИЕ И МЕСТО ВКЛЮЧЕНИЯ


Регулировку усиления применяют почти во всех усилителях. Она служит для изменения уровня выходного сигнала при посто­янном входном или поддержания постоянного уровня выходного сигнала при изменении входного, в частности предотвращения перегрузки усилителя большим сигналом, а также для точной под­гонки усиления. Простейшим примером назначения регулировки усиления является регулировка громкости звука в бытовой радио­аппаратуре.

Регулировка может быть ручной или автоматической, плавной или ступенчатой. Ступенчатая сложнее плавной, так как требует применения переключателя и как минимум нескольких резисторов. Обычно ее применяют в измерительных приборах для точно­го изменения коэффициента усиления скачками в несколько раз. Плавную регулировку осуществляют с помощью переменного ре­зистора и применяют наиболее часто. Отношение коэффициентов усиления, соответствующих двум крайним положениям регулято­ра, называется глубиной регулировки , которую нередко выра­жают в децибелах. Регулятор усиления должен обеспечивать не­обходимую глубину регулировки, но не должен заметно изменять другие показатели усилителя.

Размещение регулятора на входе оконечного каскада усилителя нежелательно, так как тогда в процесс е регулирования изменяется сопротивление эквивалентного генератора входного сигна­ла, а значит, и уровень нелинейных искажений каскада. Кроме того, появляется опасность перегрузки предыдущих каскадов и возникновения больших нелинейных искажений.

При размещении регулятора на входе усилителя, где уровень сигнала сравнительно мал, возникает опасность его сильного ос­лабления, в результате чего он может стать соизмеримым с уров­нем наводок и даже с уровнем собственных шумов. Поэтому в усилителях с высокой чувствительностью (большим усилением) регулятор размещают после первого или даже второго каскада, где уровень сигнала составляет уже единицы или десятки милли­вольт. Если некоторое число каскадов охвачено петлей общей ООС, то включение регулятора в эти каскады обычно неприемлемо, так как эффективность регулировки была бы пониженной. Применяется также включение регулятора в цепь ООС, охваты­вающей усилитель, что изменяет ее глубину, а значит, и коэффи­циент усиления.

12.1.2. ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИЕ И РЕЖИМНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ


Ч
аще всего применяется так называемая потенциометрическая схема регулировки усиления (рис. 12.1, а), осуществляемая вклю­чением регулирующего переменного резистора , имеющего три вывода, по схеме потенциометра, который изменяет коэффициент деления поданного на него напряжения. При этом потенциометр может быть включен, например, непосредственно в качестве ре­зистора в эмиттерном повторителе (рис. 12.1, а). Но лучше всего регулятор полностью изолировать от постоянного напряже­ния разделительными конденсаторами (С1 и С2 на схеме), чтобы при перемещении движка потенциометра не возникало дополнительных помех из-за непостоянства переходного сопротивления подвижного контакта, а также для предотвращения перезаряд, разделительных конденсаторов. Последнее приводило бы к кpaтковременным изменениям положения РТ транзисторов после каждого поворота ручки регулятора.

Чтобы добавление потенциометра мало изменяло напряжение в точке его подключения, сопротивление должно хотя бы в несколько раз превышать выходное сопротивление предыдущей части схемы. Если регулятор включается после эмиттерного или истокового повторителя, то благодаря низкому выходному сопротивлению последнего сопротивление может быть взято небольшим, что позволяет выносить регулятор на некоторое расстояние, например размещать на передней панели устройства, без опасении влияния емкости подсоединительных проводников.

Если потенциометрическая схема применяется в усилителе звуковой частоты для регулировки громкости, то переменный резистор желательно брать типа В, т. е. с показательным законом зависимости сопротивления от угла поворота φ или длины перемещения l ручки регулятора. Это связано с тем, что ощущение, громкости звука пропорционально логарифму уровня сигнала. Показательный закон как раз дает линейную зависимость логарифма выходного напряжения от φ или l и поэтому иногда называется линейно-логарифмическим. Однако на практике такая зависимость обеспечивается лишь приблизительно, так как входное сопротивление следующего каскада обычно недостаточно велико (соизмеримо с ).

При малых громкостях человеческое ухо хуже воспринимает звуки низких и высоких частот. Поэтому нередко применяется так называемый тонкокомпeнcupoванный регулятор громкости в виде потенциометра с фиксированным дополнительным промежуточным выводом, который шунтируется на землю конденсатором или последовательной -цепью (рис. 12.1, а). Благодаря этому при малых громкостях происходит уменьшение уровня составляющих на высоких и средних частотах, т. е. относительный подъем уровня на низких частотах. Одновременно вывод подвижного контакт через конденсатор небольшой емкости С3 соединяется с верхним выводом потенциометра, что обеспечивает подъем уровня сигнал на высоких частотах при малых громкостях.

Потенциометрический регулятор обеспечивает, глубину плавной регулировки до 40 дБ. Если требуется больше, то могут быть включены два таких регулятора каскадно один за другим.

Для регулировки усиления переменный резистор можно включить также последовательно в цепь межкаскадной связи. Однако такая схема не позволяет ослаблять сигнал вплоть до нуля. Поэтому ее применяют редко, в основном для подгонки усиления в небольших пределах.

Плавная регулировка усиления в ограниченных пределах (до 25 дБ) осуществляется также включением переменного резистора в цепь эмиттера или истока транзистора (в каскадах с ОЭ и ОИ) последовательно с добавочным постоянным резистором. Она регулирует режим транзистора по постоянному току. Увеличение сопротивления уменьшает ток транзистора в РТ, а значит, понижает его крутизну и, кроме того, увеличивает глубину местной ООС по току. То и другое уменьшает усиление. Однако значи­тельное увеличение сопротивления ОС при такой регулировке мо­жет привести к образованию подъема на АЧХ каскада в области верхних частот и выброса на ПХ, обусловленных действием паразитной емкости, шунтирующей резистор . Во избежание этого сопротивление резистора ограничивают или его блокируют кон­денсатором большой емкости. В последнем случае местная ОС исключается и глубина регулировки уменьшается.

Распространены и схемы регулировки изменением тока в РТ транзистора, осуществляемой путем подачи управляющего напряжения ( на рис. 12.1,б) на базу (или затвор) транзистора через резистор R2 делителя смещения. Такие схемы применяются в основном для автоматической регулировки усиления. Для повы­шения чувствительности регулировки резистор R3 может быть исключен.

С
тупенчатые регуляторы
обычно строятся по потенциометриче­ской схеме и представляют собой делители напряжения, состоя­щие из резисторов. Они могут выполняться либо по схеме последовательного соединения нескольких резисторов (рис. 12.2, а), либо в виде набора нескольких независимых делителей (рис. 12.2, б). Второй вариант хотя и сложнее, но применяется чаще, так как в нем проще подгонка элементов и выше надежность: вы­ход из строя любого элемента нарушает работу только одного из делителей.

Из-за входной емкости следующего каскада резисторный делитель создает искажения формы импульсов и заваливает частотную характеристику на высоких частотах, так как соотношение полных сопротивлений плеч делителя становится зависящим от частоты. Это неприемлемо для широкополосных и импульсных усилителей, применяемых в милливольтметрах, осциллографах и других измерительных приборах. Для устранения указанного недостатка применяются так называемые компенсированные делители. В них все резисторы шунтируются подстроечным и конденсаторами, емкости которых подгоняются так, чтобы постоянные времени плеч делителя были одинаковы, например (рис. 12.2, б), причем в С2 должна входить (учитываться) и входная емкость следующего каскада.


12.1.3. РЕГУЛЯТОРЫ В СХЕМАХ НА ОУ


В схемах на ОУ потенциометрический регулятор усиления можно включить непосредственно перед инвертирующим или неинвертирующим усилителем. Во избежание нарушения закона регулирования сопротивления, присущего потенциометру, должно выбираться малым по сравнению с входным сопротивлением усилителя.

К
роме потенциометрических в таких усилителях широко применяют также схемы регулировки, основанные на изменении глубины ОС, так как здесь она обычно очень велика. Для такой регулировки в простейшем случае в качестве одного из резисторов цепи ОС инвертирующего или неинвертирующего усилителя включают переменный резистор. Однако в инвертирующем усилителе в случае переменного R1 при регулировке сильно изменяется входное сопротивление, что может оказаться неприемлемым. В качестве R2 можно включить потенциометр по схеме рис. 12.3, а. Здесь перемещение движка изменяет одновременно оба сопротивления цепи ОС, но в разные стороны. Это делает закон регулировки усиления близким к показательному (линейно-логарифмическому). Такое включение потенциометра применимо и для неинвертирую­щего усилителя (рис. 12.3, б). Он обеспечивает более высокое входное сопротивление. Однако коэффициент усиления здесь не может быть сделан меньше единицы.

В
неинвертирующем усилителе по схеме рис. 12.4, а потенцио­метр осуществляет двойную регулировку. При перемещении движка вверх уменьшается R2, а значит, и коэффициент передачи резистивного делителя R1R2, включенного на входе усилителя. Одновременно увеличиваются R3 и глубина ОС, что уменьшает усиление. В результате закон регулирования оказывается близким к показательному, а глубина регулирования - очень большой, что и требуется для регуляторов громкости.

Находят применение также схемы регулировки усиления, дей­ствие которых основано на взаимной компенсации напряжений, подаваемых на инвертирующий и неинвертирующий входы ОУ. Например, в схеме рис. 12.4, б обычно берут и . Тогда K регулируется от нуля (движок в правом положении) до . При регулировке сдвиг нуля выходного напряжения изменяется слабо, так как не затрагивает цепи ОС. Входное со­противление в схемах рис. 12.4 при перемещении движка потен­циометра, к сожалению, изменяется.


12.1.4. РЕГУЛЯТОРЫ НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИ УПРАВЛЯЕМЫХ

СОПРОТИВЛЕНИЙ


Переменные резисторы создают заметные шумы и помехи из-за нестабильности сопротивления подвижного контакта, особенно во время регулировки, а необходимость перемещения движка затрудняет автоматизацию регулирования. Поэтому взамен переменных резисторов применяют также электрически управляемые сопротив­ления, в качестве которых в настоящее время используют в основном полевые транзисторы и оптроны.


Сопротивление полевого транзистора между его стоком и истоком при напряжениях любой полярности, не превышающих 50 мВ, почти линейно и зависит от напряжения смещения затвор-­исток. Поэтому управляющее напряжение (рис. 12.5, а) ис­пользуется в качестве напряжения смещения транзистора. В рас­сматриваемой схеме увеличение его увеличивает сопротивление и глубину ООС, охватывающей ОУ, что уменьшает усиление. Так как напряжение на транзисторе должно быть небольшим, то включать его вместо нежелательно во избежание больших не­линейных искажений. Можно применить и транзистор с изолиро­ванным затвором. Глубина регулировки около 30 дБ. Если нужно больше, то можно применить две ступени регулирования, включенные одна за другой. Такой регулятор необязательно включать в цепь ОС, можно включить во входную цепь усилителя.

Аналогичен принцип регулировки с помощью оптрона. Сопро­тивление резисторного оптрона VO (рис. 12.5, б) при увеличении управляющего напряжения уменьшается, что увеличивает глуби­ну ОС в усилителе и уменьшает усиление. Такой регулятор не вносит нелинейных искажений, так как сопротивление оптрона ли­нейное. Однако оно сильно зависит от температуры. Недостаток оптрона - значительная мощность, необходимая для управлению (примерно 1,5 В 10 мА).

Применение электрически управляемых сопротивлений позво­ляет осуществлять дистанционное управление, так как длина про­водов для подачи управляющего постоянного напряжения может быть любой. Если формировать на основе выходного напряжения усилителя, то можно осуществить автоматическую регулировку усиления, обеспечивающую почти постоянную ампли­туду выходного напряжения, несмотря на изменение входного.


12.2. ОСНОВНЫЕ НАЗНАЧЕНИЯ И СПЕЦИФИЧЕСКИЕ ПОКА3АТЕЛИ

АНАЛОГОВЫХ ПЕРЕМНОЖИТЕЛЕЙ


В устройствах обработки сигналов важное место занимают аналоговые перемножители. Они применяются при реализации различных математических операций над сигналами, при построе­нии модуляторов, демодуляторов, преобразователей частоты, ав­томатических регуляторов усиления, измерительных устройств. Выходное напряжение перемножителя пропорционально произве­дению двух входных напряжений, обозначения которых принято снабжать индексами х и у: . Здесь k - так называе­мый масштабный коэффициент перемножителя, характеризующий его усиление и имеющий размерность 1/В. Для неинвертирующего перемножителя . Чтобы перемножитель согласовать по напря­жению с выходами современных ОУ, большинство из которых раз­вивает максимальное выходное напряжение В, максимальные выходное и входные напряжения серийных перемножителей обыч­но составляют 10 В. Тогда 1/В.

Перемножаемые напряжения в общем случае могут быть как положительными, так и отрицательными. В зависимости от того, допустимо ли изменение полярности входных напряжений и одного или обоих, перемножитель может работать в одном, двух или че­тырех квадрантах плоскости входных напряжений. Перемножи­тель способный работать в любом из четырех квадрантов, называется четырехквадрантным. Он пригоден для входных напряже­ний любого знака (любой полярности). Перемножитель, допускающий изменение знака лишь у одного из сомножителей, назы­вается двухквадрантным. В одноквадрантном перемножителе ни один из сомножителей не должен менять знака.

Если у перемножителя использовать только один из входов, то он ведет себя как усилитель. Поэтому большинство параметров перемножителей идентично параметрам ОУ. Однако есть и ряд специфических параметров. Основным из них является относи­тельная погрешность перемножения ε - это отношение максималь­ной разности между фактическим и теоретическим значениями выходного напряжения к его предельному значению (обычно к 10 В). Она определяется при входных напряжениях постоянного тока.

Нелинейностью перемножения по входу х называется максимальное относительное отклонение синусоидального напряжения максимальной амплитуды при прохождении его со вхо­да х при максимальном постоянном напряжении 10 В на входе y. Измеряется как половина максимального размаха осциллограммы разности , отнесенная к , Т. е. к 10 В, и выражается в процентах. Аналогично определяется нелинейность по вхо­ду у. Нелинейность по одному (любому) из входов по существу характеризует степень нелинейных искажений при прохождении переменного напряжения с данного входа.

Важными параметрами перемножителя являются также оста­точные напряжения по входам х и у. Иногда их называют напря­жениями просачивания со входов. Это - напряжения на выходе перемножителя при полном размахе переменного напряжения на данном входе и равенстве нулю напряжения на другом входе. У серийных перемножителей они не превышают 150 мВ (при В). Для уменьшения погрешностей производится ручная настройка перемножителя регулировкой потенциометров подачи небольших постоянных напряжений на входы (с целью получения нуля на выходе).


12.3. ПЕРЕМНОЖИТЕЛИ НА ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ КАСКАДАХ

С УПРАВЛЯЕМЫМ УСИЛЕНИЕМ


Наибольшее распространение в радиоэлектронике получили перемножители, работа которых основана на электронном управлении коэффициентом усиления дифференциального каскада. Они выпускаются также в виде серийных микросхем. Основой, такого управления является зависимость крутизны транзистора от его выходного тока (тока в ИРТ). Для биполярного транзистора эта зависимость определяется соотношением (4.3).

Ч
етырехквадрантный перемножитель такого типа (рис. 12.6) содержит три дифференциальных транзисторных пары или дифференциальных каскада. Один из них (ДК-1) выступает в роли генератора двух одинаковых, но противофазных сигнальных токов, а два других (ДК-II и ДК-III) - в роли ДК с управляемыми (с помощью ДК-I) коэффициентами передачи входного напряжения .

При нулевых значениях входных напряжений () ис­ходные коллекторные токи в плечах любой дифференциальной пары взаимно одинаковы () и выходное напряжение . Появление входных напряжений и перераспределят суммарный ток внутри каждой дифференциальной пары, что приводит к неравенству токов, протекающих че­рез резисторы , и появлению выходного напряжения.

Если , то ток транзистора VT1 получит приращение , а ток транзистора VT2 на столько же уменьшится:

. (12.1)

здесь через обозначена крутизна преобразования напряжения в приращение тока .

Через любой из транзисторов, VT3- VT6 в ИРУ протекает поло­вина тока или . Поэтому для малых значений их коэффициен­ты усиления дифференциальных каскадов ДК-II и ДК-III по отдельности с учетом (4.3) и (12.1) запишутся:

;

.

Входы этих ДК соединены параллельна, а выходы - параллельно перекрестно. Благодаря последнему их выходные напряжения при одновременной работе вычитаются (по принципу суперпозиции):

. (12.2)

Так как в (12.2) оба входных напряжения входят в качестве со­множителей, перемножитель является четырехквадрантным.

Учитывая, что , где сопротивление эмиттерного перехода , выражение (12.2) запишется:

.

Последнее равенство является точным только при малых зна­чениях и , не превышающих примерно 20 мВ. При больших входных напряжениях проявляется нелинейность входных характеристик транзисторов для этих напряжений. Можно показать, что с учетом нелинейностей

.

Такой перемножитель находит применение, например, для преобразования частоты в радиоприемных устройствах и называется двойным балансным смесителем. При этом вместо резисторов включают колебательный контур со средней точкой.

Однако для точного перемножения нужна линеаризация по обоим входам. По входу у для этого достаточно в выводы эмиттеров VТ1 и VТ2 включить добавочные резисторы (на рис. 12.6 показаны штриховыми линиями). Если , то нелиней­ность входных характеристик VТ1 и VТ2 не проявляется. Тогда в (12.2) .

П
о входу х
добавочные резисторы, имеющие , в выводы эмиттеров транзисторов УТ3 VT3- VT6 включать нельзя, так как это сделало бы их эквивалентную крутизну, не зависящей от токов эмиттеров, что устранило бы эффект перемножения. Поэтому для линеаризации здесь применяется метод создания предварительных нелинейных искажений (предыскажений) входного напряжения, компенсирующих последующие искажения, вносимые транзисторами VT3- VT6. Для этого на входе х добавляется дополнительный ДК (рис. 12.7) с резисторами , линеаризующими зависимость тока, и нелинейными коллекторными нагрузками в виде транзисторов в диодном включении. Передаточная характеристика тако­го каскада по отношению к передаточной характеристике напря­жения в схеме рис. 12.6 является обратной функцией. В результате общая передаточная характеристика соединения схем рис. 12.7 и 12.6. оказывается линейной относительно напряжения в широком диапазоне его значений.

Для линеаризованного перемножителя масштабный коэффи­циент (приводим без вывода) не зависит от температуры, так как в него не входит . Здесь в ДК-I, -ток питания каскада предыскажений (рис. 12.7).

В типовых схемах включения перемножителей в случае широ­кополосных сигналов используются несимметричные входы: каж­дое входное напряжение подается на базу только одного из тран­зисторов соответствующей входной дифференциальной пары. На базу второго транзистора подается постоянное напряжение под­стройки нуля на выходе. Это позволяет минимизировать остаточные напряжения.

13.4. ПЕРЕМНОЖИТЕЛИ И ДЕЛИТЕЛИ НА ОСНОВЕ УПРАВЛЯЕМЫХ

СОПРОТИВЛЕНИЙ


О
ни наиболее просты. Их действие основано на законе Ома: . Так, если с помощью одного входного сигнала управлять током, а с помощью второго - сопротивлением, то можно полу­чить перемножитель. В настоящее время самым доступным управ­ляемым сопротивлением является сопротивление сток - исток по­левого транзистора (рис., 12.8, а). Начальные участки его выход­ных характеристик (рис. 12.8, б) проходят точно через начало координат. Применяют транзисторы с управляющим р-n-переходом и МДП-транзисторы с встроенным каналом. Наклон характеристик, определяющий сопротивление промежутка сток-исток, зависит от напряжения на затворе и может изменяться от до сопротивления запертого р-п-перехода, т. е. от сотен Ом до многих мегаОм. Однако эти характеристики достаточно линейны лишь при малых , не превышающих В.

Для линеаризации начальных участков выходных характерис­тик полевого транзистора его включают по схеме рис. 12.8, в совместно с резисторами R1 и R2, имеющими одинаковые сопротивления (обычно сотни килоОм). Если напряжение получает приращение , то половина приращения поступает через де­литель R1R2 на затвор и дополнительно увеличивает ток стока, что и выпрямляет кривые. Резисторы расширяют диапазон линейности по напряжению не менее чем в 10 раз.

Д
ля деления одного напряжения на другое может быть применена схема рис. 12.9. Здесь входные напряжения и подаются на инвертирующие вхо­ды ОУ через сопротивления полевых транзисторов. При этом VT1 включен как истоковый повторитель в цепь ОС операционного усилителя А1. Чтобы ОС была отрицательной, выход повторителя (исток VT1) подключен к инвертирующему входу ОУ. На ОУ А2 выполнен инвертирующий усилитель, выходное напряжение которого . Затворы транзисторов соединены между собой, а напряжения на истоках равны нулю (точнее ). Поэтому , а выходное напряжение , где .

Следовательно, устройство является одновременно перемножителем и делителем напряжений, причем противоположно по знаку напряжению , которое может быть переменным. Так как в случае идеального ОУ А1 и входной ток отсутствует, то через VT1 и R1 протекает один и тот же ток, а и должны подаваться взаимно противоположных полярностей.

Здесь тоже наблюдается частичное прохождение сигнала на выход даже при , так как не может увеличиваться до бесконечности. Полоса пропускания перемножителей определяется применяемыми ОУ. Для устранения погрешности, обусловленной нелинейностью сопротивлений , транзисторы включают с линеаризующими резисторами (см. рис. 12.8, в).


12.5. ДРУГИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ПЕРЕМНОЖИТЕЛЕЙ


Широким динамическим диапазоном входных сигналов (60 дБ и более) и малой погрешностью (0,25%) обладают логарифмические перемножители. Их действие основано на получении логарифма произведения по формуле и последующем антилогарифмировании. Такой перемножитель содержит два логарифматора, сумматор и экспоненциальный преобразователь (антилогарифматор). Если учесть результаты анализа логарифматора, то на выходе сумматора

,

где , - нормированные входные напряжения. Подбирая коэффициент передачи сумматора таким, чтобы , на выходе антилогарифматора получаем , где k - масштабный коэффициент.

Логарифмический перемножитель является сравнительно узко­полосным (из-за необходимости сильной коррекции ОУ в логарифматорах) и одноквадрантным. Однако путем усложнения схемы любой одноквадрантный перемножитель можно преобразовать в двух- и даже четырехквадрантный, если реализовать компенсацию побочных составляющих в выходном сигнале. Аналогично перемножителю можно построить логарифмический делитель напряжений, если вместо сумматора применить вычитатель.

Известны и другие, но менее распространенные принципы построения перемножителей аналоговых сигналов. Среди них метод основанный на применении амплитудно-широтно-импульсной моду­ляции. Здесь одно из перемножаемых напряжений задает амплитуду прямоугольных импульсов, а другое - их длительность. В результате при постоянной частоте повторения импульсов усредненное (сглаженное) напряжение импульсной последовательности дает величину, пропорциональную произведению. Этот метод обеспечивает самую высокую точность (погрешность менее 0,1 % ), но дает узкую полосу пропускания (десятки герц).

Среди прочих методов можно указать на так называемые параболические перемножители, реализующие, например, формулу . Квадраторы могут быть построены диодные на основе кусочно-линейной аппроксимации. Но такие пере­множители сравнительно сложны и дают большую погрешность при малых входных сигналах, так как в соответствии с формулой результат получается как разность двух больших величин.


12.6. НЕКОТОРЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ АНАЛОГОВЫХ ПЕРЕМНОЖИТЕЛЕЙ


На основе аналогового перемножителя можно выполнять различные преобразователи сигналов. Простейший из них - квадратор. Для его реализации достаточно запараллелить оба входа перемножителя (рис. 12.10, а). Квадратор широко применяется при измерении среднеквадратического значения напряжений сложной формы и весьма просто может быть реализован на микросхеме перемножителя 525ПС2.

Е
сли квадратор включить в цепь ООС инвертирующего усили­теля (рис. 12.10, б), то получим устройство извлечения квадратного корня. При идеальном ОУ токи I через R2 и R1 равны между собой:

, откуда ,

где k – масштабный коэффициент квадратора.

Выходное напряжение квадратора положительно. Поэтому для обеспечения в ОУ ничтожно малого напряжение должно быть отрицательной полярности, что следует также из направления протекания тока I через R2 и R1. Если , то ОС в ОУ становится положительной из-за нечувствительности квадратора к полярности его входного напряжения. Это превращает устройство в триггер, который сразу же «защелкивается», т. е. переключается в состояние насыщения. Чтобы после этого вернуть устройство в рабочее состояние, недостаточно сделать . Надо еще временно разорвать петлю ОС, что непрактично. Для предотвращения защелкивания в выходной провод ОУ включают диод, который не пропускает на выход напряжение , т. е. автоматически разрывает петлю ОС при . Если квадратор инвертирует полярность напряжения, то должно быть положительным и направление диода следует изменить.

Для получения делителя одного напряжения на другое достаточно в цепь ОС инвертирующего, усилителя включить перемножитель (рис. 12.10, в). Чтобы эта ОС, была отрицательной, коэффициент обратной передачи через перемножитель, а значит, и напряжение должны быть положительными. Если же перемножитель инвертирующий, то должно быть . Напряжение может быть любой полярности, например переменным. При идеальном ОУ равенство токов через R1 и R2 запишется как

, откуда .

где k - масштабный коэффициент перемножителя. Для компенсации сдвига нуля выходного напряжения ОУ, обусловленного его входным током, включают . Некоторые серийные микросхемы перемножителей (например, 525ПС2) уже имеют внутри встроенный выходной ОУ. Тогда для реализации делителя или устройства извлечения корня достаточно лишь соответствующего взаимного соединения выводов микросхемы и подключения к ней потенциометров настройки.

Аналоговый перемножитель можно применять также в регуляторах усиления. При этом регулируемое переменное напряжение подается на один вход перемножителя, а постоянное регулирую­щее - на другой вход. Для получения малых нелинейных искажений и большого динамического диапазона регулирования переменное напряжение нужно подавать на более линейный вход. Управ­ление путем изменения постоянного напряжения делает такой регулятор удобным для автоматической регулировки усиления (АРУ).

Если перемножитель дополнить последующим ФНЧ, получим фазовый детектор. Пусть , . Тогда . После ФНЧ получим . Такие детекторы применяются в измери­тельной технике и иногда называются фазочувствительными. Они реагируют не только на разность фаз, но и на амплитуды исход­ных сигналов.

Область применения перемножителей аналоговых сигналов довольно широка и далеко не исчерпывается рассмотренными случаями.


КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ


1. В каких случаях нужны регуляторы усиления?

2. После какого каскада усилителя целесообразно их размещать?

3. Изобразите схему потенциометрического регулятора и укажите его преимущества.

4. Каковы возможные особенности реализации регуляторов усиления в схе­мах на ОУ?

5. Назовите основные показатели аналоговых перемножителей и разъясните их.

6. На чем основано перемножение по схеме рис. 12.6?

7. Как достигается линеаризация перемножителя рис. 12.6 по разным входам?

8. Выведите формулу для в схеме рис. 12.9.

9. Для чего нужен диод в схеме рис. 12.10, б?

10. Найдите для схемы рис. 12.10, в.

Добавить документ в свой блог или на сайт
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:

Похожие:

Устройства регулировки усиления, перемножения и деления сигналов iconРуководство по настройке и установке Комплектность
Эмулятор sk-05 предназначен для воссоздания сигналов от датчиков, которые отвечают за диагностику и обслуживание сажевого фильтра...

Устройства регулировки усиления, перемножения и деления сигналов iconУчебный курс Самгту «Запорные устройства» Запорные устройства. Запорные устройства предназначены для перекрытия проходных отверстий в фонтанной арматуре, устьевом оборудовании и трубопроводах. Запорные устройства изготавливаются четырех типов

Устройства регулировки усиления, перемножения и деления сигналов icon1. принципы деления электромашин

Устройства регулировки усиления, перемножения и деления сигналов iconМеханизм автоматической регулировки зазора тормозных колодок заднего моста
На автомобилях baw исполнения Euro-3 применен механизм автоматической регулировки зазора между тормозными барабанами и колодками...

Устройства регулировки усиления, перемножения и деления сигналов iconЦифровая обработка сигналов

Устройства регулировки усиления, перемножения и деления сигналов icon3. Применение специальных сигналов

Устройства регулировки усиления, перемножения и деления сигналов iconПравила хранения и транспортировки Не допускается хранение устройства в одном помещении с веществами, вызывающими коррозию. Транспортирование устройства допускается любым видом транспорта

Устройства регулировки усиления, перемножения и деления сигналов iconДоводка и регулировки электрика и электроника

Устройства регулировки усиления, перемножения и деления сигналов iconИспользование специальных световых и звуковых сигналов на автотранспорте

Устройства регулировки усиления, перемножения и деления сигналов iconПравила эксплуатации и регулировки 41 Досборка, наладка и обкатка изделия на месте его применения 58

Поделиться в соцсетях



Авто-дневник






База данных защищена авторским правом ©ucheba 2000-2016
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям

на главную