Главная | Обратная связь

ОС – ХАРАКТЕРИСТИКИ, ПОНЯТИЕ (ОБОСНОВАНИ) ОС

30.Дифференциальные каскады

 

Дифференциальный каскад – это схема, используемая для усиления разности напряжений двух входных сигналов. В идеальном случае выходной сигнал не зависит от уровня каждого из входных сигналов, а определяется только их разностью.

На рис. 2.14 показана схема ДК на биполярных транзисторах. Схема содержит два плеча, включающих транзисторы VT1 и VТ2 и резисторы 
R_к1 = R_к2 и токозадающий резистор R₀. Ток I0, протекающий через резистор R₀, не должен зависеть от входных сигналов. Для этого сопротивление резистора R₀ выбирается большим или вместо него используется транзисторный генератор тока. В схеме используются два источника питания Е_П1 и Е_П2, вторые выводы которых подключены к общей точке. Наличие двух источников питания позволяет работать с сигналами любой полярности. Если оставить один источник питания, а вторую шину питания подключить к общей точке, возможно усиление сигналов только одной полярности.

В общем случае дифференциальный каскад имеет два входа и два выхода, напряжения на которых Uвх1, Uвх2, Uвх1, Uвх2 отсчитываются от общей точки.

Различают синфазные и дифференциальные входные сигналы. Когда уровни сигналов на обоих входах равны (Uвх1 = Uвх2 = Uвх _сф), такие сигналы называют синфазными. Роль синфазных сигналов обычно играют помехи. Если источник сигнала включен между входами ДК, то такой сигнал называют дифференциальным (разностным) Uвх д = Uвх1 – Uвх2. При дифференциальном включении входной сигнал делится пополам между одинаковыми транзисторами VТ1 и VТ2, причем составляющие напряжений на входах ДК относительно общей точки противоположны по знаку, или

и .

Дифференциальный каскад должен эффективно усиливать дифференциальные сигналы и ослаблять синфазные.

Выходное напряжение может сниматься между выходами схемы; тогда оно называется выходным дифференциальным (или двухфазным) напряжением. При этом необходимо, чтобы следующий каскад имел дифференциальный вход. Кроме того, часто используют однофазный выход – снимают выходное напряжение между одним из выходов и общей точкой, при этом половина полезного сигнала, действующего на оставшемся выходе, не используется.

Рассмотрим преобразование синфазного сигнала в ДК. Пусть на входы схемы (рис. 2.14) подано синфазное напряжение (Uвх1= Uвх2= Uвхсф). В качестве выходного сигнала будем рассматривать однофазное напряжение на первом выходе.

Для анализа воспользуемся эквивалентной схемой, приведенной на рис. 2.15, содержащей одну половину ДК. Поскольку через транзистор VT1протекает половина тока I0, резистор в эмиттерной цепи имеет сопротивление 2R₀ (второе сопротивление 2R₀ обес­печивает ток второй половины ДК).

31.Мостовые схемы

 

НИХЕРА НЕТ!АРРРРРР!!!!

 

32.Ключевой режим работы биполярного тарнзистора

При работе транзистора в ключевом режиме его включают обычно в цепь по схеме с общим эмиттером.

Контакты цепи, которые необходимо коммутировать подключают соответственно к коллектору и эмиттеру транзистора. Управляющий сигнал подают в цепь базы.

При работе транзистора в ключевом режиме цепь между коллектором и эмиттером может быть либо замкнута, либо разомкнута.

В ключевом режиме ток коллектора должен принимать только два значения:

а) 0- при разомкнутом состоянии;

б) определенное внешним и внешним .

 

Анализ работы транзистора в ключевом режиме проводят по выходным характеристикам транзистора.

 

При работе транзистора в активном усилительном режиме рабочая точка может находиться в любом месте участка нагрузочной прямой, а при работе в ключевом режиме, рабочая точка может иметь только два положения на нагрузочной прямой: крайнее нижнее соответствует минимальному току коллектора ( - тепловой ток). При этом транзистор закрыт и находится в режиме отсечки, когда и коллекторный и эмиттерный переходы смещены в обратном направлении.

Второе положение - крайнее верхнее положение рабочей точки на нагрузочной прямой. Это положение соответствует открытому состоянию транзисторного ключа. транзистор работает в режиме насыщения. Когда и коллекторный и эмиттерный переходы смещены в прямом направлении. При этом падение напряжения между коллектором и эмиттером транзистора минимально. Для реальных транзисторов это так называемое остаточное напряжение может составлять десятые доли вольт. Это малое остаточное напряжение практически не влияет на величину коммутирующего тока.

 

33.Компаратор, муьтивибратор на операционном уселители

Компаратор (аналоговых сигналов) (англ. comparator — сравнивающее устройство[1]) — электронная схема, принимающая на свои входы два аналоговых сигнала и выдающая логическую «1», если сигнал на прямом входе («+») больше, чем на инверсном входе («−»), и логический «0», если сигнал на прямом входе меньше, чем на инверсном входе.

Одно напряжение сравнения двоичного компаратора делит весь диапазон входных напряжений на два поддиапазона. Двоичный логический сигнал (бит) на выходе двоичного компаратора указывает, в каком из двух поддиапазонов находится входное напряжение.

Простейший компаратор представляет собой дифференциальный усилитель. Компаратор отличается от линейного операционного усилителя (ОУ) устройством и входного, и выходного каскадов:

• Входной каскад компаратора должен выдерживать широкий диапазон входных напряжений между инвертирующим и неинвертирующим входами, вплоть до размаха питающих напряжений, и быстро восстанавливаться при изменении знака этого напряжения.

• Выходной каскад компаратора выполняется совместимым по логическим уровням и токам с конкретным типом входов логических схем (технологий ТТЛ, ЭСЛ и т. п.). Возможны выходные каскады на одиночном транзисторе с открытым коллектором (совместимость с ТТЛ и КМОП логикой).

• Для формирования гистерезисной передаточной характеристики компараторы часто охватывают положительной обратной связью. Эта мера позволяет избежать быстрых нежелательных переключений состояния выхода, обусловленном шумами во входном сигнале, при медленно изменяющемся входном сигнале.

При подаче эталонного напряжения сравнения на инвертирующий вход входной сигнал подаётся на неинвертирующий вход, и компаратор является неинвертирующим (повторителем, буфером).

При подаче эталонного напряжения сравнения на неинвертирующий вход входной сигнал подаётся на инвертирующий вход, и компаратор является инвертирующим (инвертором).

Несколько реже применяются компараторы на основе логических элементов, охваченных обратной связью (см., например, триггер Шмитта — не компаратор по своей природе, но устройство с очень схожей областью применения).

При математическом моделировании компаратора возникает проблема выходного напряжения компаратора при одинаковых напряжениях на обоих входах компаратора. В этой точке компаратор находится в состоянии неустойчивого равновесия. Проблему можно решить многими разными способами, описанными в подразделе «программный компаратор».

 

Мультивибратор является одним из самых распространённых генераторов импульсов прямоугольной формы, представляющий собой двухкаскадный резистивный усилитель с глубокой положительной обратной связью. В электронной технике используются самые различные варианты схем мультивибраторов, которые различаются между собой по типу используемых элементов (ламповые, транзисторные, тиристорные, микроэлектронные и так далее), режиму работы (автоколебательный, ждущие синхронизации), видам связи между усилительными элементами, способам регулировки длительности и частоты генерируемых импульсов и так далее.

Конденсатор С и резисторы R1, R2 образуют интегрирующую RC-цепь: при заряде конденсатора открыт диод V1, ток проходит через R1, при разряде — открыт V2, ток идет через R2. Источником напряжения E является входная цепь ОУ. Компаратор выполнен на ОУ с положительной обратной связью через цепь R3R4. При переключении компаратора на его выходе происходит коммутация цепей заряда и разряда конденсатора C, то есть ОУ выполняет сразу несколько функций: источника напряжений разряда и заряда конденсатора, компаратора и ключа.

 

34.Особенности применения параметрических стабилитронов

Полупроводнико́вый стабилитро́н, или диод Зенера — полупроводниковый диод, работающий при обратном смещении в режиме пробоя[1]. До наступления пробоя через стабилитрон протекают незначительные токи утечки, а его сопротивление весьма высоко[1]. При наступлении пробоя ток через стабилитрон резко возрастает, а его дифференциальное сопротивление падает до величины, составляющей для различных приборов от долей Ома до сотен Ом[1]. Поэтому в режиме пробоя напряжение на стабилитроне поддерживается с заданной точностью в широком диапазоне обратных токов[2].

 

I_ст - электроток через стабилитрон

I_н - электроток нагрузки

U_вых=U_ст - стабилизированное напряжение на выходе

U_вх - нестабилизированное напряжение на входе

R₀ - балластный (гасящий, ограничивающий) резистор

 

Основным свойством стабилитрона, на базе которого функционирует параметрический стабилизатор напряжения, является то, что U на нем в рабочем диапазоне вольт-амперной характеристики (от I_{ст min} до I_{ст max}) остается практически прежним. При этом изменения происходят от U_{ст min} до U_{ст max}, однако при этом принято подразумевать, что U_{ст min} = U_{ст max} = U_ст).

Составленная схема параметрического стабилизатора напряжения дает понять, что коррекция тока нагрузки либо входного U не происходит (он сохраняет те же значения, что и на стабилитроне). Но при этом происходят изменения тока, проходящего через стабилитрон, а при изменении напряжения на входе выполняется корректировка тока, двигающегося по балластному резистору. В результате в балластном резисторе происходит гашение излишков напряжения на входе. Значение этого падения зависят от проходящего через него тока, который, в свою очередь, взаимосвязан с электротоком через стабилитрон. В силу этого любая коррекция электротока через стабилитрон напрямую отражается на величине падения U, отмечаемой в балластном резисторе.

 

Для безукоризненного функционирования параметрического стабилизатора напряжения , которое определяется U на нагрузке в пределах от Uст min до Uст max, требуется следить за тем, чтобы через стабилитрон ток всегда оставался в границах от Iст min до Iст max. В частности, минимальные параметры тока через стабилитрон взаимосвязаны с минимальным U на входе и максимальной величиной электротока нагрузки.

 

параметрический стабилизатор напряжения обладает таким недостатком, как отсутствие возможности у потребителя коррекцию в ток нагрузки, что может вызвать сужение диапазона U на входе схемы. Кроме того, существуют и строгие ограничения для этого диапазона, который не может превышать амплитуду колебаний тока через стабилитрон.

 

35.Генераторы сигналов специальной формы

 

Генераторы сигналов специальной формы представляют собой источники одиночных или периодических сигналов, форма которых отлична от прямоугольной. Наиболее распространенными формами сигналов являются пилообразная, треугольная, трапецеидальная, колоколообразная и т. п. Такие сигналы необходимы для моделирования входных воздействий при настройке и испытаниях каналов связи, медицинской, геофизической и измерительной аппаратуры.

 

Для создания достаточно простых и дешевых генераторов сигналов специальной формы широко применяют схемы на основе интеграторов с нелинейной обратной связью через какой-либо пороговый элемент с гистерезисом (например, триггер Шмитта). Структурная схема такого генератора, называемого функциональным, представлена на рис. 1. В процессе интегрирования постоянного напряжения, присутствующего на выходе триггера Шмитта, интегратор формирует линейно изменяющееся напряжение. Когда выходное напряжение интегратора достигает порога срабатывания триггера, триггер переключается, его выходное напряжение меняет знак. Вследствие этого напряжение на выходе интегратора начинает изменяться в противоположную сторону, пока не станет равным нижнему порогу срабатывания триггера. Далее этот процесс периодически повторяется и на выходе схемы формируется симметричное напряжение треугольной формы с одинаковым временем нарастания и спада. Размах этого напряжения и его стабильность определяются в основном установкой и соответственно стабильностью порогов срабатывания триггера. При использовании прецизионных схем нестабильность размаха сигнала может быть снижена до 0,1% за несколько часов работы.

Частоту формируемого напряжения можно перестраивать в широком диапазоне частот от инфранизких до несколько десятков килогерц, изменяя постоянную времени интегратора. Перестройку частоты можно осуществлять также электрическим путем, регулируя напряжение на входе интегратора, коммутируемое триггером Шмитта. Усложняя схему регулировки этого напряжения, можно добиться формирования несимметричного треугольного (пилообразного) напряжения с регулируемым временем нарастания и спада. На основе полученного треугольного напряжения можно сформировать напряжения трапецеидальной, колоколообразной, синусоидальной формы. Для этого используют нелинейное преобразование сигнала треугольной формы с помощью диодно-резистивных схем, обеспечивающих кусочно-линейную аппроксимацию необходимой характеристики преобразования. Такие схемы достаточно просты и дешевы, однако обеспечивают ограниченный набор формируемых сигналов, критичны в настройке, имеют невысокую точность и стабильность.

Для формирования сигналов произвольной формы в последнее время начинают применяться функциональные генераторы, работающие на основе кусочно-линейного синтеза непосредственно самого сигнала (а не характеристики преобразования треугольного сигнала). В основе таких устройств лежит генератор линейно изменяющегося напряжения, длительностью и амплитудой которого можно управлять. Очевидно, что из серии таких элементарных линейно изменяющихся сигналов, каждый из которых начинается там, где окончился предыдущий, можно сформировать сигнал произвольного вида.

Обычно работой такого генератора управляет микропроцессор, в память которого вводятся параметры (длительность и амплитуда) каждого элементарного сигнала из заранее заданного набора дискретных значений.

Для того чтобы получить исходное значение сигнала, в конце каждого цикла формируется специальный сигнал возврата к началу.

Погрешность формирования сигнала, связанная с его кусочнолинейной аппроксимацией, определяется общим числом используемых элементарных сигналов и дискретностью установки их параметров. Кардинальным решением задачи формирования сигналов произвольной формы с широкими пределами регулировки и высокой стабильностью параметров является создание генераторов на основе цифровых запоминающих устройств (ЗУ) и цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП). Структурная схема такого генератора представлена на рис. 2. Тактовая частота работы устройства задается опорным кварцевым генератором, обеспечивающим высокую стабильность частотно-временных параметров сигнала.

Генератор представляет собой, по сути дела, специализированную микро-ЭВМ, работающую по жесткой программе воспроизведения определенного набора записанных в ЗУ сигналов. Основной тенденцией дальнейшего развития таких цифровых измерительных генераторов сигналов произвольной формы является использование программируемых микро-ЭВМ на основе микропроцессоров, позволяющих неограниченно расширять набор синтезируемых сигналов, проводить необходимые операции коррекции параметров сигнала и сохранения их временной стабильности в реальном масштабе времени.

 

36-39