- •Им. Адмирала ф.Ф. Ушакова в.В.Пятницкий. В.М.Комиссаров схемотехника усилительных устройств
- •Часть 1
- •Сборник опорных конспектов лекций по разделу №1 дисциплины «основы схемотехники»
- •Лекция №1 общие сведения об усилителях электрических сигналов
- •Предмет, цели и задачи дисциплины «Основы схемотехники». Ее роль и место в системе подготовки офицера-специалиста вмф
- •Раздел 1. Схемотехника усилительных устройств.
- •Раздел 2. Схемотехника устройств, используемых в средствах связи.
- •Вопрос №2 Типы усилителей электрических сигналов и их классификация
- •Вопрос №3 Блок-схемы усилителей
- •Заключение
- •Лекция № 2 основные характеристики и параметры усилителей электрических сигналов
- •Основные характеристики усилителей электрических сигналов
- •Вопрос №2 Искажения сигналов в усилителях электрических сигналов
- •Заключение
- •Лекция №3 Резистивно-емкостной усилитель
- •Вопрос №1
- •Принцип построения усилителя. Состав и назначение элементов схемы
- •Вопрос №2 Температурная стабилизация исходного режима работы усилителя
- •Коллекторная стабилизация
- •Вопрос №1 Эквивалентная схема резистивно-емкостного усилителя (реу)
- •В схеме 4.2 обозначено:
- •На нижних частотах на нижних и средних частотах
- •Вопрос №2 Характеристики и параметры реу в режиме усиления малого сигнала. Линейный режим усиления
- •Заключение
- •Лекция №5 обратная связь в усилителях
- •Вопрос №1 Виды обратной связи в усилителях
- •Uвх uвых Вход Выход
- •Вопрос №2 Влияние отрицательной обратной связи на свойства усилителей
- •Входное сопротивление
- •Частотные и фазовые искажения сигнала
- •Заключение
- •Лекция №6 резонансные усилители
- •Вопрос №1 Принципиальная схема резонансного усилителя (ру). Состав и назначение элементов схемы
- •Тогда избирательность δ будет . (6.11)
- •Это объясняется тем, что в формуле (6.8) пропадает последний множитель , так как при выводе этих формул следует брать не отношение напряжений, а отношение токов.
- •Вопрос №2 Линейный и нелинейный режим работы ру
- •Режим класса а
- •Заключение
- •Лекция №7 эквивалентная схема резонансного усилителя
- •Вопрос №1
- •Вопрос №2 Характеристики и параметры ру
- •Заключение
- •Лекция №8 усилители постоянного тока и дифференциальный усилительный каскад
- •Вопрос №1 Общие сведения об упт. Однотактные (прямого усиления) упт
- •Вопрос №2 Балансный (дифференциальный) усилительный каскад
- •Вопрос №3 Дифференциальный усилительный каскад (дук) с генератором стабильного тока (гст)
- •Вопрос №1 Синфазные и дифференциальные сигналы, проходящие через дук
- •При прохождении дифференциального сигнала (дс) токи каждого из транзисторов получат одинаковые по абсолютной величине, но разные по знаку, приращения
- •Вопрос №2 Основные характеристики дук
- •Вопрос №3 Функциональные возможности дук
- •Дук на транзисторах с супербетой
- •Заключение
- •Лекция №10 аналоговые преобразователи электрических сигналов на базе операционных усилителей с линейными элементами в цепях ос
- •Вопрос №1 Общие сведения об оу
- •Вопрос №2 Основные способы включения оу в схемы с оос. Масштабные усилители на оу
- •Вопрос №3 Интегрирующие и дифференцирующие усилители Интегрирующие усилители
- •Лекция №11 операционные усилители с нелинейными элементами в цепях ос
- •Вопрос №1 Логарифмические усилители
- •Вопрос №2 Умножители и делители аналоговых сигналов. Компараторы
- •М етод логарифмирования сигналов
- •Компараторы
- •Заключение
- •Лекция №12 активные резистивно-емкостные фильтры (аrc-фильтры)
- •Вопрос №1 Особенности избирательных усилителей и их характеристики
- •Вопрос №2 Реализация аrс-фильтров на усилителях с пос
- •Вопрос №3 Реализация аrс-фильтров на усилителях с оос
- •Заключение
- •Лекция №13
- •Вопрос №1
- •Вопрос №2 Схемы реализации rc-генераторов
- •Заключение
- •Лекция №14 схемотехника аналого-цифровых устройств
- •Вопрос №1 Аналого-цифровые устройства
- •Квантование сигналов
- •Кодирование дискретной величины
- •Вопрос №2 Цифроаналоговые устройства
- •Заключение
- •Список использованной литературы
- •Список сокращений
Лекция №11 операционные усилители с нелинейными элементами в цепях ос
Операционные усилители (ОУ), как известно, выполняют математические операции при использовании цепей обратной связи. В зависимости от используемых элементов в цепях обратной связи (ОС) возможно получение различных свойств устройства.
Построение нелинейных схем в цепях ОС основано на использовании нелинейности ВАХ диодов, кремниевых опорных стабилитронов и транзисторов. Такая нелинейность ВАХ позволяет создать такие схемы, как:
– логарифмические усилители,
– антилогарифмические усилители,
– умножители и делители аналоговых сигналов.
Принципы построения, особенности работы, а также основные параметры и характеристики указанных устройств будут рассмотрены в данной лекции.
Вопрос №1 Логарифмические усилители
Построение схем с логарифмическими передаточными функциями основано на использовании нелинейности вольт-амперных характеристик, определяемых выражением
,
где Ug – напряжение на диоде;
Ig – ток диода;
IS – обратный ток утечки;
N = η UT – постоянный множитель (для кремниевых приборов при малых токах η = 2; UT = kT/1000, Т – абсолютная температура).
Если диод включить в цепь ОС операционного усилителя, то выходное напряжение такого усилителя будет связано с входным напряжением логарифмической зависимостью.
На рисунке 11.1. представлена принципиальная схема логарифмического усилителя.
Рис.11.1. Принципиальная схема логарифмического усилителя
Ток диода будет определяться напряжением сигнала и сопротивлением R1
.
Поэтому выходное напряжение определяется выражением
UВЫХ = –Ug = – N lg (U1 / R1IS) = – N lg U1 + N lg (R1 IS).
Напряжение UВЫХ с большей точностью соответствует lgU1, если слагаемым lg(R1 IS) можно пренебречь. Кроме того, необходимо отметить, что в данном случае имеет место температурная зависимость постоянной составляющей lg(R1IS) и масштабного коэффициента N.
Эту постоянную составляющую можно компенсировать, если ввести в схему источник тока и второй диод VD2, согласованный по температурной характеристике с основным диодом VD1 (рис.11.2).
Рис.11.2. Принципиальная схема усовершенствованного логарифмического усилителя
Через диод VD2 будет течь постоянный по величине ток IR, вызывающий падение напряжения U΄g. Если диоды VD1 и VD2 идеально согласованы, то напряжение UT и ток IS для них одинаковы, и в уравнении для напряжения U3 член, содержащий выражение lgIS, не учитывается
UВЫХ = U2 +U΄g = – N [lg (U1 / R1 ) – lgIS + lgIR + lgIS) = – N lg (U1 / R1 IR).
Температурная чувствительность напряжения зависит только от масштабного коэффициента. Ее влияние возможно уменьшить путем введения терморезистора RТ в цепь выходного каскада
UВЫХ = k1 lg (k2 U1),
где k1 определяется усилителем выходного усилителя,
k2 определяется значениями IR и R1.
Однако ток Ig содержит не только ток выходного сигнала I1, но также входной ток смещения, шумовой ток, которые являются причиной появления ошибок. Для уменьшения ошибок необходимо подавать сигнал от источника, обладающего высоким внутренним сопротивлением. Тогда действующее усиление схемы по напряжению мало и влияние напряжения смещения и шумов ОУ, как источников ошибок, будет незначительным.
В рассматриваемых логарифмических усилителях входной сигнал должен быть однополярным, хотя он может быть как отрицательным, так и положительным, в зависимости от того, как включены диоды.
Обратное преобразование антилогарифмирования выполняют, используя также нелинейность вольт-амперной характеристики диодов.
При этом имеют место следующие соотношения:
Ig = IS 10Ug/N; Ug=U1;
Uвых= – Ig R = – IS R 10Ug/N = – IS R 10U1/N.
П ринципиальная схема антилогарифмического усилителя будет выглядеть следующим образом (рис.11.3):
Рис.11.3. Принципиальная схема антилогарифмического усилителя
Логарифмический и антилогарифмический усилители применяются для получения произвольных функций путем возведения входного сигнала в некоторую степень α (рис.11.4).
Uвх k1lnk2U1 k3antiln k4U2 Uвых
α
R U2
Рис.11.4. Схема устройства для получения произвольных функций
Напряжение U2 пропорционально ln U1
U2 = α k1 ln k2 U1,
при этом
UВЫХ = k3 anti ln k4 U2 = k3 exp (k4 U2) = k3 (k2 U1 ) αk1k4.
Если ввести масштабный коэффициент, то значение показателя степени может быть больше или меньше единицы, что позволяет получать различные показательные функции. Основным свойством логарифмического усилителя является амплитудное сжатие сигналов, имеющих широкий динамический диапазон.
Выводы по 1-му вопросу:
1. Принцип работы логарифмического и антилогарифмического усилителей основан на использовании нелинейности ВАХ диодов, включенных в цепь обратной связи.
2. При использовании логарифмического и антилогарифмического усилителей возможно получение произвольных функций с показателями степени больше или меньше единицы.