Составим таблицу состояний проектируемого счетчика на основе синхронных jk–триггеров*. При заполнении таблицы учитывают таблицу переходов jk–триггера (слайд 5).
Для того, чтобы счетчик функционировал в соответствии с таблицей состояний, необходимо, чтобы к входам триггеров были дополнительно подключены комбинационные схемы (КС), управляющие их работой. Составим карты Карно для переменных Ji и Ki, начиная с триггера младшего разряда.
Основные особенности синхронного двоично–десятичного счетчика
На выходах счетчика Qi устанавливается двоичный код, соответствующий количеству импульсов, прошедших через счетчик.
Все четыре триггера срабатывают одновременно.
Схемотехнических решений м.б. много, т.к. возможны различные варианты объединения клеток в картах Карно.
Синхронный счетчик сложнее асинхронного.
В рассмотренном примере начальному состоянию счетчика соответствуют нули во всех разрядах, а активным является перепад напряжений на счетных входах триггеров 1®0. Если необходимо реализовать вычитающий счетчик, то начальному состоянию должны соответствовать единицы во всех разрядах, а активным должен являться перепад напряжений 0®1.
№59. Регистры. Применение регистров. Способы приема и выдачи информации. Реверсивный регистр сдвига.
Регистры являются наиболее распространенным узлом цифровой техники и устройств автоматики.
Регистры строятся на базе синхронных одно– и двухступенчатых RS и D–триггеров.
Регистры могут быть реализованы также на базе JK –триггеров.
По способу приема и выдачи информации регистры делятся на следующие группы
с параллельным приемом и выдачей;
с последовательным приемом и выдачей;
с последовательным приемом и параллельной выдачей;
комбинированные, с различными способами приема и выдачи;
реверсивные.
Э2 распространенных регистров
Регистры хранения (памяти)
Регистры с параллельным приемом и выдачей информации служат для хранения информации и называются регистрами памяти или хранения. На слайде 8 даны схемы четырехразрядных регистров памяти на D– и RS–триггерах, синхронизируемых уровнем и фронтом синхроимпульсов (обычно четыре триггера объединены в одном корпусе ИМС).
Изменение информации, хранящейся в регистре памяти (запись новой информации), осуществляется после установки на входах D0…Dm новой цифровой комбинации при поступлении определенного уровня или фронта синхросигнала на вход С регистра.
Количество разрядов записываемой информации определяется разрядностью регистра, а разрядность регистра определяется количеством триггеров, образующих этот регистр.
Регистры памяти могут быть реализованы на D–триггерах, если информация поступает на входы регистра в виде однофазных сигналов и на RS–триггерах, если информация поступает в виде парафазных сигналов.
В некоторых случаях регистры могут иметь асинхронный вход сброса триггеров регистра R.
Регистры сдвига
Регистры с последовательным приемом или выдачей информации называются сдвиговыми регистрами или регистрами сдвига (РС).
РС обычно реализуются на D–триггерах (рис.а) или на RS–триггерах (рис.б), где для ввода информации в первый разряд включается инвертор (первый разряд представляет собой D–триггер).
В схеме на рис.а) осуществляется сдвиг вправо в соответствии с уравнением
Если изменить порядок соединений триггеров, то получим схему РС со сдвигом влево.
Его работу описывает уравнение
РС могут выполнять функции хранения и преобразования информации.
Они могут быть использованы для построения умножителей и делителей чисел двоичной системы счисления, т.к. сдвиг двоичного числа влево на один разряд соответствует умножению его на два, а сдвиг вправо — делению на два.
РС используются для выполнения различных временных преобразований цифровой информации: последовательное накопление последовательной цифровой информации с последующей одновременной выдачей (преобразование последовательной цифровой информации в параллельный код) или одновременный прием (параллельный прием) информации с последующей последовательной выдачей (преобразование параллельного кода в последовательный).
Применение регистров
РС могут служить также в качестве элементов задержки сигнала, представленного в цифровой форме (регистры с последовательным вводом и выводом осуществляют задержку передачи информации на m+1 тактов машинного времени).
Все РС строятся на базе двухступенчатых триггеров или синхронизируемых фронтом синхроимпульса.
Разрядность РС, как и у регистров хранения, определяется количеством триггеров, входящих в их состав.
Временные диаграммы регистра сдвига
Вывод параллельной информации из РС осуществляется при подключении всех триггеров регистра к отдельным выводам (на слайдах 11 и 12 эти выводы показаны штриховыми линиями).
РС синхронизируются фронтом тактирующих импульсов, т.е. запись новой информации в триггеры регистра происходит в течение очень короткого времени — за время длительности фронта синхроимпульса, т.е. в момент поступления соответствующего фронта синхроимпульса. Обычно, это время значительно меньше времени распространения сигнала, т.е. времени переключения триггера регистра в новое состояние.
Работа регистра
Будем полагать, что в начальном состоянии все триггеры регистра сброшены, т.е. находятся в состоянии логического нуля (Q0=0, Q1=0, Q2=0, Q3=0). Если на входе триггера Т1 имеет место логический 0, то поступление синхроимпульсов на входы С триггеров не изменяет их состояния*.
При подаче на вход «D» Т1 уровня логической единицы, с приходом первого синхроимпульса, в этот триггер запишется «1», а в остальные триггеры — «0», т.к. к моменту поступления фронта синхроимпульса на выходе триггера Т1 присутствовал логический «0». Т.о., в Т1 записывается та информация, которая была на его входе «D» в момент поступления фронта синхроимпульса.
При поступлении второго синхроимпульса логическая «1» , с выхода первого триггера, запишется во второй триггер, и в результате происходит сдвиг первоначально записанной «1» из Т1 в Т2. При поступлении третьего синхроимпульса эта единица из Т2 запишется в Т3 и т.д. (слайд 19).
Т.е. в каждом такте синхроимпульсов производится последовательный сдвиг поступающей на вход регистра информации (в последовательном коде) на один разряд вправо.
После поступления n* синхроимпульсов (в рассмотренном примере n=4) РС оказывается полностью заполненным разрядами числа, вводимого через последовательный вход «D». В течение следующих четырех синхроимпульсов производится последовательный поразрядный вывод из РС записанного числа, после чего регистр оказывается полностью очищенным**.
№60Двоичный счетчик на регистрах сдвига. Понятие циклического кода Джонсона. Порядок синтеза счетчика. Кольцевой счетчик на регистре сдвига. Схема счетчика. Схема формирования «единицы». Логическое уравнение обнаружения сбоя.
При подаче на вход «D» Т1 уровня логической единицы, с приходом первого синхроимпульса, в этот триггер запишется «1», а в остальные триггеры — «0», т.к. к моменту поступления фронта синхроимпульса на выходе триггера Т1 присутствовал логический «0». Т.о., в Т1 записывается та информация, которая была на его входе «D» в момент поступления фронта синхроимпульса.
При поступлении второго синхроимпульса логическая «1» , с выхода первого триггера, запишется во второй триггер, и в результате происходит сдвиг первоначально записанной «1» из Т1 в Т2. При поступлении третьего синхроимпульса эта единица из Т2 запишется в Т3 и т.д. (слайд 19).
Т.е. в каждом такте синхроимпульсов производится последовательный сдвиг поступающей на вход регистра информации (в последовательном коде) на один разряд вправо
После поступления n* синхроимпульсов (в рассмотренном примере n=4) РС оказывается полностью заполненным разрядами числа, вводимого через последовательный вход «D». В течение следующих четырех синхроимпульсов производится последовательный поразрядный вывод из РС записанного числа, после чего регистр оказывается полностью очищенным**.
На базе РС можно построить кольцевой счетчик Джонсона (СД), который имеет коэффициент пересчета, вдвое больший числа составляющих его триггеров. В частности, если СД из трех триггеров (n=3), то он будет иметь шесть устойчивых состояний. Количество разрядов счетчика определяется количеством триггеров в составе РС.
СД используется в системах автоматики в качестве распределителей импульсов.
Рассмотрим схему трехразрядного СД, выполненного на базе D–триггеров (РС реализован на D–триггерах).
Для построения кольцевого счетчика достаточно соединить инверсный выход последнего триггера регистра (последнего разряда) с входом «D» (с входом, предназначенным для ввода последовательной информации) первого триггера.
Предположим, что вначале все триггеры находятся в состоянии «0» (Q0= Q1=Q2=0).
При этом на входе «D» первого триггера присутствует уровень «1», т.к ØQ2=1.
Первым синхроимпульсом в триггер Т1 запишется «1», вторым — единица запишется в первый триггер, из первого — во второй и т.д., до тех пор, пока на всех выходах регистра не будет «1».
После заполнения регистра единицами, на инверсном выходе триггера Т3 появится ØQ2=0 и четвертым синхроимпульсом в Т1 запишется логический «0» (слайд 28).
После поступления последующих трех синхроимпульсов регистр обнуляется и на его вход «D» снова подается уровень «1».
Таким образом, цикл повторения состояния кольцевого СД состоит из шести тактов синхросигнала.
Иными словами, в начале от первого триггера до последнего триггера РС распространяется «волна единиц», а затем ¾ «волна нулей».
Код, в котором работает счетчик Джонсона, называют кодом Либау–Крейга.
Выводы
Достоинством СД является параллельная запись информации во все триггеры, что делает минимальным время задержки распространения сигнала от счетного входа до всех выходов.
С приходом каждого счетного импульса изменяет свое состояние только один триггер. Поэтому СД является самым быстродействующим из всех известных счетчиков.
Недостатком СД является возможность сбоев.
КСРС — цифровое последовательностное устройство, в котором реализован режим «бегущей единицы», т.е. единица перемещается по разрядам счетчика при действии каждого тактового импульса на его синхровходе. Такие устройства используются для управления работой канальных модуляторов в многоканальных системах передачи данных (с временным разделением каналов).
№61Генераторы чисел на регистрах сдвига.
На базе кольцевых счетчиков можно реализовать генераторы двоичных чисел (ГЧ). Вывод генерируемых чисел можно осуществлять как в параллельном, так и в последовательном коде.
В качестве примера рассмотрим работу трехразрядного ГЧ, реализованного на базе D–триггеров.
ГЧ представим как совокупность трехразрядного РС и комбинационного устройства КУ, выходной сигнал которого служит «источником» информации для РС.
Входными переменными КУ являются выходные сигналы триггеров РС Q0, Q1, Q2. Цикл повторения чисел определяется 2m тактами синхросигнала (максимальный цикл). В таблице состояний ГЧ использованы следующие обозначения: Nп ― десятичный эквивалент двоичного числа, реализуемого в параллельном коде; D ― функция аргументов Q0, Q1, Q2. Эту функцию можно рассматривать как последовательный код. Для получения минимальной дизъюнктивной формы записи функции D построим карту Карно.
Схема КУ содержит три элемента конъюнкции и один элемент дизъюнкции. При построении схемы КУ дополнительные инверторы не требуются, т.к. триггеры РС имеют как прямые, так и инверсные выходы.
№62Схема двухтактного усилителя мощности.
Схема работает как двухтактная, то есть напряжение, открывающее транзистор p-n-p типа, соответственно запирает транзистор n-p-n типа и наоборот.
Постоянная составляющая выходного тока через нагрузку не протекает из-за разделительного конденсатора Cр2.
Когда на вход схемы подается отрицательная полуволна напряжения, верхний транзистор VT1 открывается, а нижний VT2 запирается. При этом ток, проходящий через VT1 и Rн заряжает конденсатор Cp2.
При изменении полярности входного сигнала происходит запирание транзистора VT1 и отпирание транзистора VT2. Заряженный во время предыдущего такта конденсатор Cp2 разряжается через VT2 и Rн.
Т.о., заряженный конденсатор Cp2 выполняет роль источника питания для нижнего плеча схемы. Емкость этого конденсатора должна быть достаточной для того, чтобы на самой нижней частоте сигнала fн он не разражался полностью. Поэтому величину емкости конденсатора Cр2 выбирают из условия
Cр2>>1/(2fнRн).
Величина емкости Cp2 обычно составляет сотни – тысячи микрофарад. Поэтому в качестве Cp2 обычно используют электролитический конденсатор, полярность включения которого указана на схеме.
№63Применение отрицательных и положительных обратных связей.
Определение
Обратной связью (ОС) называют передачу всей или части энергии усиленного сигнала с выхода усилителя или отдельного каскада на вход усилителя.
Обратная связь бывает внутренней, внешней и паразитной.
Элементы схемы, создающие ОС, образуют цепь обратной связи. Коэффициент ОС обычно обозначают b. Цепь ОС и часть схемы, которую обратная связь охватывает, образуют петлю ОС.
Рис1 Обратная связь по напряжению Рис2 Обратная связь по току
Для определения вида ОС следует провести мысленный эксперимент:
а) закоротить нагрузку (организовать режим короткого замыкания ¾ КЗ);
б) разомкнуть цепь нагрузки (режим холостого хода ¾ ХХ).
Выводы
В режиме КЗ не действует ОС по напряжению (действует ОС по току).
В режиме холостого хода не действует ОС по току (действует ОС по напряжению).
Если выход цепи ОС подключается ко входу последовательно с источником входного сигнала, то ОС такого типа называется последовательной.
Если выход цепи ОС и источник входного сигнала подключены ко входу усилителя параллельно, то такая ОС называется параллельной.
Рис1 Последовательный ОС Рис1 Параллельный ОС
Если колебания источника сигнала и колебания, поступающие через цепь ОС совпадают по фазе, то такая обратная связь называется положительной (ПОС).
Если колебания источника сигнала и колебания, поступающие через цепь ОС находятся в противофазе, то это – отрицательная обратная связь (ООС).
В усилительных устройствах для улучшения их показателей применяется ООС.
ПОС применяется в специальных типах усилителей и в генераторах электрических сигналов.
При bK<1 ПОС увеличивает коэффициент усиления (этот эффект используется в специальных типах усилителей).
При bK=1 ПОС обеспечивает переход усилителя в режим генерации.
При bK>1 генератор переходит в режим формирования прямоугольных колебаний (автоколебательный мультивибратор).
Из (1) следует, что при K®¥ коэффициент усиления определяется только элементами цепи ОС (Koc=1/b).
При глубокой ООС (bK>>1) получаем тот же результат.
№64Влияние ООС на параметры усилителей.
Вывод
Нестабильность коэффициента усиления усилителя с введением ООС уменьшается в (1+bK) раз.
Значение М,дБ на границах рабочей полосы, определяемой по уровню 0,7 (fн и fв), составляет 3 дБ.
Если усилитель имеет П-образную полосу пропускания, т.е. является идеальным усилителем, то линейные искажения отсутствуют и М=0.
Реальные усилители всегда вносят линейные искажения, т.к. наряду с резистивными элементами они содержат паразитные емкости (усилители с емкостными связями содержат разделительные конденсаторы), которые образуют RC- цепи. Наличие RC-цепей приводит к завалу АЧХ усилителя в области верхних (нижних) частот.
Введение ООС приводит к уменьшению линейных (частотных) искажений сигнала в усилителях, то есть выполняется неравенство
МООС<M.
Проявляются линейные искажения во временной области в виде искажений формы входного сигнала. При этом спектральный состав входного и выходного сигналов одинаков, а отличие сводится к изменению соотношения между амплитудами соответствующих спектральных составляющих в рабочей полосе частот усилителя*.
Основная особенность нелинейных ЭЦ состоит в том, что они всегда обогащают спектр входного сигнала*. Т.е. на выходе нелинейного элемента содержатся спектральные составляющие, которых нет на его входе. Во временной области обогащение спектра сигнала приводит к искажению его формы.
Обычно тестирование усилителей проводят с помощью гармонических (синусоидальных) сигналов. Поэтому синусоидальный входной сигнал часто называют основной (или первой) гармоникой, а частоту входного сигнала – частотой первой гармоники. Кратные частоты обогащенного выходного сигнала называют частотами высших гармоник (второй, третьей гармоникой и т.д.).
Из выражений (4) следует, что коэффициент Кг равен нулю, если в спектре выходного сигнала отсутствуют высшие гармоники, что имеет место в линейных ЭЦ.
Обычно значения Кг усилителей приводят в процентах.
Для измерения коэффициента гармоник применяют специальные измерительные приборы – измерители нелинейных искажений.
Диапазон возможных значений Кг усилителей составляет от сотых долей до единиц процентов в зависимости от назначения усилителя.
.
№65Операционный усилитель.
Большинство сигналов, поступающих входы вычислительный устройств, имеют непрерывный характер и должны быть преобразованы в дискретные сигналы.
До начала преобразования аналоговые сигналы проходят предварительную обработку в аналоговой форме с помощью операционных усилителей (усиление, фильтрацию, интегрирование или дифференцирование, детектирование, логарифмическое преобразование, выделение одного из параметров (амплитуды, фазы) и т.д.).
Определение
Операционным* усилителем (ОУ) называют усилитель постоянного тока, имеющий коэффициент усиления по напряжению свыше тысячи.
Интегральные ОУ обычно содержат следующие каскады:
входной каскад, выполняемый по дифференциальной схеме;
промежуточный согласующий каскад;
выходной каскад усилителя тока по схеме с общим коллектором
ОУ имеет два входа (инвертирующий и неинвертирующий) и один выход.
Разность напряжений на входах ОУ называют дифференциальным входным сигналом.
Полусумму входных напряжений называют синфазным* входным сигналом.
Средний входной ток (iвх) ―среднеарифметическое значение токов инвертирующего и неинвертирующего входов усилителя. Значение iвх измеряется при таком входном напряжении Uвх, при котором выходное напряжение Uвых равно нулю.
Разность входных токов Diвх ¾ абсолютное значение разности токов двух входов ОУ, измеренных тогда, когда выходное напряжение усилителя равно нулю. Этот параметр характеризует несимметрию входного каскада ОУ. Обычно значения Diвх составляют от 20 до 50 процентов от iвх.
Входное сопротивление (rвх) – сопротивление со стороны одного из входов ОУ, в то время как другой вход заземлен. Иногда его называют входным сопротивлением для дифференциального сигнала. Входное сопротивление ОУ может составлять 103 — 106 Ом и более.
Выходное сопротивление (rвых) определяется как отношение напряжения выходного сигнала к выходному току ОУ. Обычно величина rвых находится в диапазоне от нескольких десятков до нескольких сотен Ом.
Входное сопротивление для синфазного сигнала (rсф) определяют как отношение приращения синфазного напряжения к приращению среднего тока усилителя. Величина rсф обычно превышает rвх не менее чем на 1 — 2 порядка.
Коэффициент ослабления синфазного сигнала (Мсф) — отношение коэффициента усиления K к коэффициенту передачи синфазного сигнала*.
Коэффициент передачи синфазного сигнала (Ксф) при этом определяется как отношение изменения выходного напряжения к вызвавшему его изменению входного синфазного напряжения. Обычно Ксф<1.
Полоса частот ОУ обычно ограничивается сверху частотой f1, где f1 ¾ частота, на которой коэффициент усиления ОУ уменьшается до единицы. Значения f1 для большинства интегральных ОУ находятся в диапазоне от десятых долей МГц до нескольких десятков МГц.
Максимальная скорость нарастания выходного напряжения ОУ (v) определяется при подаче на его вход импульса напряжения прямоугольной формы. Для большинства интегральных ОУ скорость нарастания находится в диапазоне от 0,3 до 50 В/мкс.
Т.к. как скорость нарастания гармонического сигнала зависит от его амплитуды и частоты, то v является одним из основных параметров для определения допустимых значений амплитуды и частоты входного сигнала, при которых обеспечивается усиление входного сигнала без искажений.
Температурный дрейф напряжения смещения для большинства интегральных ОУ с входными каскадами на биполярных транзисторах составляет от 5 до 20 мкВ/К.
Частотная коррекция ОУ осуществляется с помощью подключения конденсаторов и резисторов к специальным выводам ОУ.
Назначение частотной коррекции — предотвращать возможные автоколебания в ЭЦ с ОУ, работающими на высоких частотах*.
Различают следующие виды ОУ
ОУ общего назначения;
прецизионные;
быстродействующие;
микромощные (программируемые);
мощные.
ОУ общего назначения предназначены для применения в аппаратуре общего назначения, где нет необходимости выполнять какие-либо специальные требования. Эти усилители характеризует низкая стоимость, широкий диапазон напряжений источников питания, простота подключения внешних элементов (источников питания, входных и выходных цепей). Широко применяются внутренняя частотная коррекция и защита входных и выходных цепей от перенапряжений. Частотный диапазон усилителей этого класса не очень большой.
Прецизионные ОУ характеризуются малыми входными погрешностями: низким уровнем входного напряжения смещения и его температурного дрейфа. Часто такие ОУ имеют низкий уровень шумов и сравнительно большие коэффициенты усиления дифференциального сигнала и ослабления синфазного сигнала.
Быстродействующие ОУ позволяют работать с быстроизменяющимися сигналами. В этой группе усилителей различают широкополосные ОУ и ОУ с быстрым установлением выходного напряжения.
Широкополосные ОУ применяются в высокочастотных усилителях, фильтрах, генераторах.
ОУ с быстрым установлением выходного напряжения предназначены для обработки импульсных сигналов (импульсные усилители, устройства выборки-хранения, пиковые детекторы, цифроаналоговые преобразователи).
Микромощные ОУ применяются в тех случаях, когда главным требованием является минимальное энергопотребление от источника питания. Обычно это основное требование к переносной и бортовой аппаратуре, работающей от батарей или аккумуляторов. Потребляемый ток в таких ОУ составляет несколько микроампер. Часто имеется возможность изменять (программировать) величину тока потребления с помощью внешних элементов. Этот класс ОУ позволяет работать с источниками питания, имеющими большой разброс напряжений — от единиц до десятков вольт.
Мощные ОУ позволяют получать на выходе сравнительно большие значения напряжений (до нескольких десятков вольт) и токов (до одного ампера). Это позволяет нагружать такие ОУ на сравнительно низкоомные устройства (головные телефоны в бытовой аппаратуре, двигатели постоянного тока небольшой мощности). Мощные ОУ всегда имеют специальные выводы для крепления к теплоотводу.
Идеальный ОУ представляет собой модель ОУ, имеющего следующие параметры: K®¥ во всем диапазоне усиливаемых частот; eсм=0.
В идеальном ОУ выполняется так называемый принцип «мнимой земли»*.
Понятием идеального ОУ пользуются на начальном этапе проектирования схем общего назначения, в которых погрешности внешних элементов (резисторов, конденсаторов) обычно превышают погрешность модели идеального ОУ.
№66Инвертирующий и неинвертирующий операционный усилитель. Повторители напряжения.
На слайде 25 изображена схема инвертирующего ОУ.
Его неинвертирующий вход заземлен, т.е. имеет нулевой потенциал. ОУ охвачен параллельной ООС через резистор R2.
Для определения коэффициента усиления K, воспользуемся принципом «мнимой земли». В соответствии с ним напряжение и ток между входными зажимами ОУ
равны нулю.
Выводы
Из (1) так же следует, что коэффициент усиления инвертирующего усилителя может быть как больше, так и меньше единицы.
Параллельная ООС по напряжению уменьшает выходное сопротивления усилителя. Поэтому выходное сопротивление инвертирущего усилителя можно считать близким к нулю (сравнительно небольшое выходное сопротивление усилителя с разомкнутой обратной связью еще более уменьшается под действием ООС).
Входной сигнал поступает на неинвертирующий вход ОУ.
Инвертирующий вход заземлен через резистор R1. В схеме введена последовательная ООС по напряжению через делитель R2, R1.
В соответствии с принципом «мнимой земли» напряжение и ток между входными зажимами равны нулю.
Выводы
В неинвертирующем усилителе входное напряжение совпадает по фазе с входным.
Из (3) следует, что коэффициент усиления неинвертирующего усилителя не может быть меньше единицы.
Последовательная ООС по напряжению увеличивает входное сопротивление и уменьшает выходное.
Повторители напряжения должны обеспечивать единичные (по модулю) коэффициенты усиления. Как следует из (1), если в инвертирующем усилителе выбрать резисторы R1 и R2 с одинаковыми сопротивлениями, то коэффициент усиления такой схемы будет равен единице.
Повторитель на неинвертирующем ОУ может быть реализован тремя способами*: а) R2=0; б) R1®¥; в) R2=0 и R1®¥ одновременно.
ВыводПовторитель напряжения обычно применяется в тех случаях, когда необходимо увеличить входное сопротивление или уменьшить выходное сопротивление электронного узла
№67Дифференциальный усилитель.
Дифференциальный усилитель (ДУ) — усилитель, выходное напряжение которого пропорционально разности двух сигналов. Такие усилители широко применяются в измерительной технике, а также в качестве входных устройств приема и передачи информации по длинным линиям. Наводимые при этом помехи (синфазное напряжение) прикладываются в одной фазе к обоим входам и отсутствуют в выходном сигнале. Полезный сигнал (дифференциальное напряжение) действует на каждом из входов в различных фазах и восстанавливается на выходе ДУ.
Анализ работы ДУ можно провести с использованием принципа суперпозиции.
Для этого необходимо мысленно по очереди заземлить два входа (Uвх1 и Uвх2), найти коэффициенты передачи по инвертирующему и неинвертирующему входам, а затем сложить полученные выражения.
Выводы
Недостатком ДУ является то, что входные сопротивления дифференциального каскада по двум входам отличаются друг от друга.
Для точного преобразования необходимо, чтобы внутреннее сопротивление источника сигнала было мало по сравнению с входным сопротивлением ДУ. Это означает, что необходимо увеличивать сопротивления всех резисторов дифференциальной схемы.
Устраняются перечисленные недостатки схемотехническими методами, например, применением повторителей напряжения на каждом входе ДУ.
№68Интегрирующий операционный усилитель.
№69Дифференцирующий операционный усилитель.
№70Генераторы электрических сигналов.
Определение
Генератор представляет собой нелинейное устройство, преобразующее энергию питания в энергию колебаний.
Независимо от схемы и назначения генератор должен иметь источник питания, усилитель и цепь положительной обратной связи (ПОС).
Имеется два основных классифицирующих признака генераторов: вид генерируемых сигналов и принцип управления.
По виду генерируемых сигналов различают
генераторы гармонических сигналов;
импульсные генераторы, которые вырабатывают сигналы прямоугольной, треугольной или пилообразной формы.
По принципу управления различают
генераторы с внешним (независимым) управлением;
генераторы с самовозбуждением (автоколебательные).
№71Эквивалентная схема LC-генератора.
Условие (5) означает, что Gн является отрицательной величиной. Откуда следует, что энергия, поступающая от источника питания, расходуется на компенсацию потерь в омическом сопротивлении, которое всегда имеется в любой резонансной схеме.
В схеме генератора должны выполняться следующие условия возникновения колебаний
наличие элемента с отрицательным сопротивлением (для обеспечения компенсации потерь в резонансной схеме и нарастания колебаний);
наличие элемента с изменяющимся сопротивлением, который уменьшает действительную часть корней до нуля при достижении определенной амплитуды колебаний;
наличие элемента, определяющего частоту колебаний;
наличие начального сигнала (возмущения), вызывающего колебания в системе.
Усилитель по схеме с ОЭ обеспечивает сдвиг фаз 180°. Для обеспечения ПОС применяется трансформатор L1,L2 с противофазными обмотками, создающими дополнительный фазовый сдвиг 180°.
Необходимый коэффициент передачи разомкнутой цепи ОС (kU>1) задается усилительным каскадом с ОЭ.
Параллельный колебательный контур L2,C2 обладает максимальным сопротивлением на частоте резонанса. Следовательно, на этой же частоте усилительный каскад имеет максимальный коэффициент усиления.
Выходное напряжение синусоидальной формы снимается непосредственно с колебательного контура или с дополнительной обмотки трансформатора для согласования с сопротивлением нагрузки.
№72Генераторы гармонического сигнала.
Баланс фаз реализуется в схеме автоматически, а баланс амплитуд выполняется, если Кос³3, причем K=1+R4/R3.
Генератор запускается на частоте f0 сразу же после включения питания.
Генераторы с мостом Вина широко применяются в качестве перестраиваемых генераторов* в диапазоне от 1 Гц до 107 Гц.
№73Генераторы линейно изменяющегося напряжения.
Из схемы на слайде 26 видно, что если ключ SA1 разомкнут, то происходит процесс заряда конденсатора С, что соответствует прямому ходу генератора ЛИН.
Если SA1 замкнут, то происходит процесс быстрого разряда конденсатора С, что соответствует обратному ходу генератора ЛИН.
№74Генераторы прямоугольных импульсов.
Вывод
Рассмотренные схемы (слайды 31, 32) характеризуются невысокой стабильностью выходной частоты (относительная нестабильность составляет несколько процентов).
Для устранения этого недостатка вместо одного из конденсаторов можно использовать кварцевый резонатор.
№75Основные параметры ЦАП и АЦП.
№76Аналоговые элементы ЦАП: операционные усилители, аналоговые ключи (коммутаторы), резисторные матрицы.
№77Функциональные схемы АЦП: прямого преобразования, последовательного приближения, последовательного счета.
