Аналоговые схемы, работающие на линейных участках амплитудных характеристик

Инвертирующий усилитель (рис. 5.4) изменяет знак выходного сигнала относительно входного. На инвертирующий вход через резистор R1 подается U_вх и вводит- ся параллельная отрицательная обратная связь по напряжению с помощью резистора R_о.с. Коэффициент усиления

Рис. 5.4

.

Для уменьшения погрешностей от изменения входных токов делают симметричные входы, выбирая R₂ = R₁R_о.с.

Неинвертирующий усилитель (рис. 5.5) не изменяет знак выходного сигнала относительно входного и

.

Вычитатель-усилитель (рис. 5.6) предназначен для усиления разностных сигналов. Если R₁ = R₂ и R_о.с = R, то U_вых = (U_вх2 – U_вх1).

Рис. 5.5	Рис. 5.6

С

Рис. 5.6

умматоры. Схемы инвертирующего и неинвертирующего сумматоров приведены на рис. 5.7, 5.8. Для инвертирующего сумматора выходное напряжение определяется по формуле

.

Рис. 5.7	Рис. 5.8

При равенстве входных сопротивлений R₁ = R₂ = R.

U_вых = –(U_вх1 + U_вх2 + ... + U_вх n) – для инвертирующего сумматора;

–для неинвертирую-щего сумматора.

В схеме сумматоров переменным параметром является сопротивление обратной связи R_о.с, которое и определяет коэффициент усиления. Формулы приведены для постоянных величин (числовой сумматор) U_вх1, U_вх2 и т.д. В работе исследуется также инвертирующий геометрический сумматор, для которого складываются мгновенные значения U_вх1 и U_вх2.

Интегратор, схема которого показана на рис. 5.9, реализует опе-рацию

,

где  = R₁C_о.с – постоянная времени.

Дифференциатор (рис. 5.10) выполняет операцию

u_вых = –R_о.сC= –.

Рис. 5.9	Рис. 5.10

Для интегратора и дифференциатора на инвертирующий вход подаются прямоугольные импульсы с выхода симметричного мультивибратора. На рис. 5.11, а приведен электрический аналог и на рис. 5.11, б – временные диаграммы, поясняющие принцип дифференцирования и интегрирования в электрических и электронных цепях.

Рис. 5.11

Линейные усилители представлены инвертирующим усилителем (рис. 5.12), для которого U_вых = –, и избирательным усилителем (рис. 5.13) с частотно-зависимым двойным Т-образным мостом на базе резисторовR₁, R₂, R₃ и конденсаторов C_1, C₂, C₃, подключенным по схеме отрицательной обратной связи, для которого ₀ = . Мост выполняется симметричным, т.е.R₁ = R₂ = R, C₁ = C₂ = C и R₃ = . ЕслиC₃ = C₁ + C₂ = 2C, тогда ₀ = .

Рис. 5.12	Рис. 5.13

Генераторы

Мультивибратором называется генератор периодически повторяю-щихся импульсов прямоугольной формы. Мультивибратор (рис. 5.14) является автогенератором и работает без подачи входного сигнала. Рассматриваемый генератор является симметричным и для него длительности импульса и паузы равны t_и = t_п = R_о.сCln(1+), при R₁ = R₂ t_и = t_п = R_о.сCln3, период повторения импульсов Т_п = (t_и + t_п) = = 2t_и, скважность Q = . Изменяя = R_о.сC и величины R₁, R₂, можно регулировать длительность, частоту и амплитуду импульсов.

Г

Рис. 5.14

енератор гармонических коле-баний с мостом Вина на базе ОУ (рис. 5.15) является самовозбуждаю-щимся устройством. Мост Вина, состоящий из элементов R₁, R₂, C₁, C₂, образует звено частотно-зависимой положительной обратной связи, для которого f₀ = –частота генерации частотно-зави-симой цепи. При R₁ = R₂ = R и C₁ = C₂ = C (условие обязательное) f₀ = . Соотношение параметровR_о.с и R₀ определяет коэффициент усиления k_u.

Г

Рис. 5.15

енератор линейно изменяюще-гося напряжения (ГЛИН) пред-назначен для получения напряжения, которое в течение некоторого времени нарастает или спадает по линейному или близкому к линейному закону и используется в каскадах сравнения, схемах временной задержки импульсов, для получения временных разверток в электронно-лучевых трубках и т.д. Реализация ГЛИН на ОУ и временные диаграммы входного и выходного напряжений даны на рис. 5.16. Принцип работы основан на применении зарядного или разрядного устройства, интегрирующего конденсатора C и электронного ключа на транзисторе VT. При закрытом состоянии ключа происходит заряд конденсатора C от Е_зар через R₃ с постоянной времени _зар = R₃C, что определяет длительность прямого (рабочего) хода. Замыкание ключа приводит к быстрой разрядке конденсатора и время обратного хода определяется сопротивлением насыщенного транзистора. Выходное напряжение повторяет форму напряжения на конденсаторе C и имеет вид «пилы».

	б)
Рис. 5.16

Пороговые устройства предназначены для сравнения двух входных величин. В рассматриваемых схемах сравниваются постоян- ное U_оп и переменное u_вх напряжения. На рис. 5.17, а приведен двухвходовый компаратор, у которого сравнивающиеся сигналы поступают на оба входа усилителя. Поэтому состояние выхода компаратора (полярность выходного напряжения) определяется большим по уровню напряжением одного из входов, что отражает идеализированная (без учета гистерезиса) передаточная характеристика (рис. 5.17, б). При равенстве входных напряжений выходное напряжение равно нулю. При U_вх = U_оп – U_вх  0 напряжение на выхо- де ОУ будет равно u_вых = U_вых.m, если же U_вх = U_оп – U_вх  0, то u_вых = –U_вых.m.

Уровень входного напряжения компаратора ограничивается допустимым синфазным входным напряжением. Принцип работы устройства поясняется временными диаграммами для u_вх и u_вых (рис. 5.17, в). Обратные связи для этого компаратора не предусмотрены ни по одному из входов.

а)	б)
в)
Рис. 5.17

Для ускорения процесса переключения используют ускоряющие цепи на основе введения положительных обратных связей (ПОС). Такой компаратор с ПОС называется триггером Шмитта (рис. 5.18, а). Здесь применяется ПОС через цепочку R₁, R₂, а входной сигнал подается на инвертирующий вход.

Р

в)

Рис. 5.17

ис. 5.18

На рис. 5.18, б построена передаточная характеристика этого компаратора, для которой

U_пр^ = U_оп;

U_пр^ = U_оп;

U_г = U_пр^ – U_пр^ = ,

где U_г – ширина петли, определяемая соотношением сопротивлений делителя R₁ и R₂.