bankin_iit_1

Рисунок 70

Интегральные ОУ обычно строятся по схеме усиления с непосредственной связью между отдельными каскадами с дифференциальным входом и биполярным по отношению к амплитуде усиливаемого сигнала выходом. Это обеспечивает нулевые потенциалы на входе и выходе ОУ при отсутствии управляющих сигналов на его входе. Поэтому такие усилители легко соединять последовательно при непосредственной связи между отдельными каскадами (рисунок 70).

Напряжение, непосредственно приложенное между входами, равно раз-

Перечисленных свойств ОУ полностью достигнуть нельзя, т.к. нельзя получить на выходе усилителя сигнал бесконечно большой мощности при малых размерах структуры микросхемы.

7.13 Структурные схемы операционных усилителей

Внастоящее время наиболее широко применяются трехкаскадные и двухкаскадные ОУ.

Всостав трехкаскадных ОУ входят дифференциальный усилитель, усилитель напряжения и усилитель мощности. В состав двухкаскадных усилитель напряжения и усилитель мощности.

81

Рисунок 71

Дифференциальный усилитель работает в режиме микроамперных токов. УН – работает в режиме микроамперных токов но со значительным коэффициентом усиления. В УМ потребляющем основную часть тока всего усилителя, окончательно формируется амплитуда выходного сигнала. Общий коэффициент усиления может достигнуть 100 тысяч и более.

Рисунок 72

Схема имеет два источника питания, общая точка которых заземлена. К

Как входное так и выходное напряжения могут симметрично изменятся относительно нуля (быть биполярными). 1 – при заземленном неинвертируемом входе, 2 – при заземленном инвертируемом входе.

7.14 Применение операционных усилителей

Традиционными областями применения ОУ является решающая аналоговая техника, аппаратура обработки сигналов, радиовещательные устройства и др., в которых часто требуется выполнение операторных уравнений при замыкании выхода ОУ на инвертирующий вход с помощью пассивных цепей отрицательной обратной связи.

Суммарное напряжение на входе усилителя (в точке Р) определяется равенством (рисунок 73,а)

ОС

получают алгебраическую сумму напряжений. Пример: микшер – сигналы с трех микрофонов, которые должны усиливаться общим усилителем.

. Таким образом, выходное напря-

Назначение усилителя – изменение масштаба электрической величины посредством умножения входного сигнала на некоторый постоянный коэф-

Рисунок 74

Выходное напряжение интегратора пропорционально интегралу от входного напряжения, можно получить заменой активного сопротивления обратной связи ОС в масштабном усилителе конденсатором С (рисунок

74,а)

83

В соответствии с выражением интегрирующий усилитель можно использовать для получения линейно–изменяющегося напряжения, что применяется при проектировании высокоточных генераторов пилообразного на-

подачей сравнивающих сигналов на один или оба входа усилителя (рисунок

75,а).

а затем при превышает его, чему соответствует наличие отрицательного потенциала на инвертирующем входе ОУ ВХ 0 сопровождающийся переключением компаратора в другое состояние, при котором ВЫХ.МАКС

И.

Моменту времени , при котором выполняется равенство 1 соответствует неустойчивый линейный режим усилителя компаратора (рисунок

84

8 ИМПУЛЬСНЫЕ УСТРОЙСТВА

Устройства, работающие в прерывистом (дискретном ) режиме, длительность которых соизмерима с длительностью переходных процессов, называют импульсными. Импульсные устройства предназначены для формирования, преобразования и генерирования импульсных сигналов – импуль-

сов. Под импульсом понимают кратковременное изменение напряжения (тока, рисунок 77) в электрической цепи от нуля до некоторого постоянного уровня . Различают видео– и радиоимпульсы. Видеоимпульс представляет собой кратковременное изменение напряжения (тока) в цепи постоянного тока, постоянная составляющая(среднее значение) которого отличается от нуля . Идеализированные видеоимпульсы имеют различную форму.

Рисунок 77

Различают видеоимпульсы положительной и отрицательной полярности, а также двусторонние (разнополярные).

Радиоимпульс – это кратковременный пакет высокочастотных колебаний напряжения или тока, огибающая которых имеет форму видиоимпульса.

Амплитуда импульса. Максимальное напряжение (ток) импульса называется амплитудой (рисунок 78). В маломощных импульсных устройствах обычно применяют импульсы напряжения с амплитудой от десятых долей вольта до нескольких сотен вольт; в мощных импульсных устройствах – от

86

десятков вольт до десятков киловольт. В таком же широком диапазоне изменяются амплитуды импульсов тока; в маломощных импульсных устройствах

– от долей миллиампера до долей ампера; в мощных импульсных устройствах – от долей ампера до десятков тысяч ампер.

Рисунок 78

Длительность импульса. Под длительностью импульса понимают промежуток времени между моментом возникновения и исчезновения импульса. Иногда длительность импульсов определяют по длительности основания, иногда на уровне 0.1 МАКС, либо 0.5 МАКС. В последнем случае длительность импульса называют активной. Длительность импульса зависит от назначения, например, в автоматике используют импульсы длительностью 1с, в импульсной сварке – от 0,01 до0,1с, в импульсном электроприводе – примерно от0,0005 до0,05 с, в импульсной радиосвязи – микросекундного диапазона, в физике быстрых частиц – наносекундного диапазона, в промышленной электронике – 10...1с.

Длительность фронтов импульса. Под фронтом понимают боковую сторону импульса. Различают передний и задний фронты, последний называют срезом импульса. Длительность переднего фронта определяет время нарастания импульса, а длительность заднего – время спада импульса. Для описания формы реального импульса наиболее часто используют понятие активной длительности фронта и среза импульса. Активную длительность

87

форма импульса приближается к прямоугольной. Иногда вместо длительности фронта (среза) форму импульса характеризуют крутизной фронта (среза)

/ Ф, под которой понимают скорость нарастания (убывания) импульса. Крутизна фронта (срезе) измеряется в вольтах на секунду (В/с) или амперах на секунду (А/с).

Спад вершины импульса. Вершина прямоугольного импульса во многих случаях соответствует рабочей части импульса и поэтому стремится обеспечивать ее постоянство. Из–за несовершенства формирователей и генераторов

Вершина отсутствует и фронт сразу переходит в срез.

Период повторения импульсов Т – отрезок времени между началом

(концом) двух соседних однополярных импульсов. Величина обратная, периоду повторению, называется частотой повторения (следования) импульсов f. Частота повторения импульсов зависит от назначения, например, в промышленной электронике от десятых долей герца до десятков мегагерц и выше

Скважность импульсов – отношение периода повторения к длительно-

безразмерная и всегда больше единицы. В промышленной электронике скважность импульсов составляет от 1,1 до десятков тысяч. Скважность отражает возможность накопления больших энергий и мощностей в течении сравнительно большой паузы между импульсами и генерирования этой энергии во время кратковременного импульса. Скважность является энергетической характеристикой импульсного устройства. Величина, обратная скважности, называется коэффициентом заполнения импульсов:

импульсного устройства и характеристик энергетического воздействия импульса на нагрузку вводят понятие среднего значения импульса ( постоянной составляющей импульса). Обычно различают среднее значение за период и за время длительности импульса. Среднее значение напряжения, тока и мощности импульса за период соответственно:

88

Действующее значение импульса. По аналогии со средним значением импульса различают действующее значение импульса за период и за время длительности импульса. Действующее значение напряжения , тока и мощности за период соответственно:

Импульсные устройства можно разделить на два вида: маломощные (информационные) и мощные (силовые).

Импульсы для мощных и маломощных устройств формируются линейными и нелинейными цепями с пассивными и активными элементами. На вход таких цепей подают сигналы синусоидальной или не синусоидальной формы: на выходе получают импульсы с заданными параметрами. При этом формирование выходных импульсов происходит в промежутках времени, пока действует входной сигнал.

Простейшими линейными формирующими цепями являются дифференцирующие и интегрирующие цепи, формирующие линии с распределенными и сосредоточенными параметрами и др.

В более сложных формирователях импульсов применяют сочетание линейных формирователей цепей с электронными элементами импульсных устройств.

Схема идеального ключа и его нагрузочная характеристика рисунок 79,а. В статических режимах ключ находится в одном из двух состояний равновесия, включен или выключен и не потеряет энергии.

89

К

выходное напряжение имеет форму прямоугольных импульсов. Коэффициент передачи ключа по току и напряжению в моменты включения и выключения соответственно:

КП⁄ У.ВКЛ и К⁄ У.ВКЛ

Реальные ключи всегда имеют конечное внутреннее сопротивление К.ВЫКЛ и К.ВКЛ в каждом состоянии, а также обладают некоторой емкостью КЛ рисунок 79,б.

Генерирование импульсов осуществляется несимметричными устройствами с самовозбуждением или с внешним запуском. У генераторов с внешним запуском входной сигнал управляет лишь моментом возникновения генерации, а далее генерация происходит за счет внутренних процессов в схеме. Оба генератора относят к большому классу устройств, называемых регенеративными. Регенеративные устройства характеризуются ПОС, которая вызывает лавинообразный процесс в схеме и приводит к скачкообразному изменению состояния схемы, т.е. к скачкам напряжения и тока.

К регенеративным импульсным устройствам относятся триггеры, мультивибраторы, одновибраторы, блокинг–генераторы и др.

90