Комп’ютерна електроніка (стр. 8 из 14)

В результаті вихідна напруга є експоненційною функцією вхідного сигналу:

Використання кількох нелінійних входів дозволяє реалізувати суму експоненційних сигналів:

.

3.3 Джерела струму та напруги на основі операційних підсилювачів

Завдяки специфічним параметрам ОП як високий вхідний опір та великий коефіцієнт підсилення можна реалізувати високоякісні схеми джерел струму та напруги.

Джерела струму на ОП

Як відомо в ідеальному джерелі струму вихідний опір прямує до безмежності, в джерелі напруги – до нуля. Використовуючи інвертуючий підсилювач можна реалізувати джерело струму з плаваючим або заземленим навантаженням.

При цьому в І випадку резистор навантаження використовується в колі зворотного зв’язку і не має спільного із загальним проводом схеми.

Величина струму навантаження визначається співвідношенням:

.

У випадку неінвертуючого каскаду струм через навантаження має протилежний напрямок порівняно із інвертуючим каскадом.

Для заземлення навантаження використовують додаткові транзисторні кола на виході ОП. При цьому напрямок протікання струму через навантаження залежить від типу провідності, а відповідно і живлення транзисторного каскаду і схеми ввімкнення ОП.

Джерела напруги на ОП

В ідеальному джерелі напруги значення напруги на навантаженні не повинно залежати від струму, що протікає у вихідному колі.

При цьому на виході опір джерела має бути достатньо малим, щоб не впливати на потужність, що виділяється на навантаженні. Оскільки в ОП величина струму на виході, а відповідно і коефіцієнт передачі каскаду залежить тільки від ланок зворотного зв’язку, то забезпечення постійного значення потенціалу на вході схеми дозволяє одержати стабільне значення напруги на виході.

В залежності від використання кіл зв’язку для інвертуючого чи неінвертуючого входу одержують прямий або інверсний сигнал напруги у вхідному колі.

Враховуючи, що КU в ОП є дуже великим, то при

вихідного каскаду із зворотнім зв’язком прямуватиме до нуля.

3.4 Активні фільтри

Застосування частотно-вибіркових кіл в ланках зворотного зв’язку ОП дозволяє формувати амплітудно-частотні характеристики із заданою зміною коефіцієнту передачі каскаду в певному частотному діапазоні сигналу.

В найпростішому випадку частотна вибірковість реалізується в інтегруючих та диференціюючи колах.

Однак в цьому випадку коефіцієнт передачі схеми завжди є функцією, що змінюється з частотою. Тому для забезпечення стабільності коефіцієнта передачі в певному діапазоні застосовують схеми низькочастотних (НЧ), високочастотних (ВЧ) та смугових фільтрів.

Низькочастотний фільтр повинен забезпечити проходження сигналів з ω<ωзрізу при КU=const.

Найпростіше це реалізується якщо в інтегруючому колі зменшити добротність ємнісної ланки.

Для ВЧ-фільтрів: КU=const при ω>ωзрізу. В цьому випадку зменшують добротність ємності вхідного кола диференціюючої ланки.

Використовуючи одночасно каскади, в яких ωзр низькочастотного спектру є більшою за ωзр високочастотного спектру, одержують смуговий фільтр в діапазоні від ω1 до ω2.

В загальному випадку коефіцієнт передачі ланок зворотного зв’язку може бути записаний у вигляді дробово-раціональної функції:

, де А(р) та В(р) – це многочлени, записані у вигляді відомих поліномів Чебишова-Бесселя та ін. в залежності від степені змінної, що має максимальне значення можна реалізувати відповідно математичні поліноми 1, 2… порядку або на фізичному рівні відповідно активні фільтри 1,2 і т.д. порядку.

Перевагою активних фільтрів є стабільність їх показників, малогабаритні показники порівняно із LC- та RC-фільтрами, низькі активні втрати. Проте недоліком їх вважають необхідність двополярного живлення для ОП, низькі потужності в навантаженні, що в цілому не дозволяє застосовувати їх в потужних електричних схемах випростовувачів змінного струму.

Ефективно такі фільтри застосовують в електронних схемах обробки смугових сигналів, де потрібно задавати складні залежності коефіцієнтів передачі в різних частотних діапазонах.

3.5 Підсилювачі змінного струму на ОП

При роботі в режимі малих змінних сигналів застосування багатокаскадних підсилювачів змінного струму на ОП дозволяє ефективно виділяти інформаційні сигнали з шумових. Для забезпечення якісної передачі сигналів і збільшення загального коефіцієнта підсилення застосовують кілька послідовно ввімкнених каскадів.

При передачі змінного сигналу, Rвх ОП є дуже великим. Оскільки

, то постійна часу для перезарядки роздільного конденсатора на вході каскаду: дуже велика, це призводить з часом до виходу постійної напруги на насичення. Для уникнення цього необхідно вмикати на вході Rкор. Він зменшує τ, але і зменшує коефіцієнт передачі каскаду, що є недоліком в схемі. В окремих випадках можна застосовувати каскади підсилювачів постійного струму, які охоплені тільки ланками загального зворотного зв’язку, в яких проміжні роздільні конденсатори відсутні, а є тільки вхідні і вихідні.

4. Генератори сигналів

4.1 Класифікація генеруючи пристроїв

Умови самозбудження генеруючи схем

Генераторами електричних сигналів називають релаксаційні схеми, на виході яких виникає періодично-повторюваний сигнал певної форми. За формою сигналу виділяють генератори гармонічних сигналів і негармонічних (генератори імпульсів прямокутної, трикутної та ін. форми). Якщо схема, при ввімкненні живлення, автоматично переходить в релаксаційний режим роботи, то такі генератори називають автоколивними. Якщо для запуску схеми використовується початковий імпульс з іншої керуючої схеми, то такі генератори потребують зовнішньої синхронізації і їх ще називають загальмованими (типовий приклад – загальмований мультивібратор).

Умови виникнення автоколивань в системі можна вивести при розгляді схеми підсилювача зі зворотним зв’язком. Взагалі-то, генеруючим пристроєм, як правило, є двокаскадний підсилювач, охоплений 100%-ним додатнім зворотним зв’язком за змінною складовою сигналу.

Коефіцієнт передачі підсилювача визначається відношенням

до і в частотному діапазоні може бути представлене в комплексному вигляді

Коефіцієнт зворотного зв’язку аналогічно визначається відношенням частоти напруги, що надається на вхід до напруги, яка знімається з виходу основного підсилювача:

та - амплітудні значення; - зсув фаз між вихідним та вхідним сигналом відповідно схеми основного підсилювача та ланки зворотного зв’язку.

Загальний коефіцієнт передачі за зворотнім зв’язком визначається:

;

Якщо знаменник останнього виразу →0, то коефіцієнт підсилення такого каскаду →

. Це означає, що схема входить в режим самозбудження. Такі умови виконуються, якщо величина

З останнього виразу випливають 2 умови самозбудження каскаду із зворотним зв’язком при яких реалізується генеруючий режим роботи цього каскаду.