22376

ПРИМЕНЕНИЕ ОУ

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Усилители с возрастающим и убывающим коэффициентами передачи. Суть метода заключается в том что коэффициент передачи цепи ООС ОУ должен иметь несколько дискретных значений каждое из которых соответствует определенному диапазону изменения входного сигнала. Коэффициент передачи этих делителей аппроксимирует требуемую нелинейную зависимость причем чем больше число дискретных значений может принимать коэффициент передачи ООС ОУ тем ближе получаемая зависимость выходного напряжения от входного к заданной. Усилитель с возрастающим коэффициентом...

Русский

2013-08-04

806 KB

13 чел.

Лекция 12

Содержание лекции

Применение ОУ. Усилитель с дифференциальным входом. Преобразователи напряжение-ток и ток-напряжение. Нелинейные преобразователи. Усилители с возрастающим и убывающим коэффициентами передачи. Активные фильтры. Фильтры нижних и верхних частот. Полосовые и режекторные фильтры

12.ПРИМЕНЕНИЕ ОУ

12.1. Нелинейные преобразователи

В ряде случаев необходимо, чтобы зависимость входного и выходного напряжений ОУ была нелинейной. При монотонных засимостях решить эту проблему можно на основе метода кусочно- линейной аппроксимации. Суть метода заключается в том, что коэффициент передачи цепи ООС ОУ должен иметь несколько дискретных значений, каждое из которых соответствует определенному диапазону изменения входного сигнала. Для этого цепи ООС ОУ выполняются в виде сложных делителей, содержащих комбинации линейных и нелинейных элементов. Коэффициент передачи этих делителей аппроксимирует требуемую нелинейную зависимость, причем чем больше число дискретных значений может принимать коэффициент передачи ООС ОУ, тем ближе получаемая зависимость выходного напряжения от входного к заданной.

В качестве примера рассмотрим усилители, в которых при изменении   входного   напряжения   обеспечивается   увеличение   и уменьшение коэффициента усиления.

12.1.1. Усилитель с возрастающим коэффициентом передачи

На рис. 12.1 приведена схема инвертирующего усилителя, в котором вместо входного резистора использована нелинейная цепь, составленная из резисторов и стабилитронов. Для рассмотрения работы такого усилителя предположим, что UVD1>UVD2 и стабилитроны идеальны: ток в непробитом состоянии стабилитрона равен нулю, дифференциальное сопротивление стабилитрона в рабочей   области   характеристики   равно  нулю,   то   есть  если  IСТ>0, то

Предположим,  что полярность  входного напряжения отрицательна. Тогда, если входное напряжение усилителя лежит в диапазоне оба стабилитрона заперты. Коэффициент передачи   цепи   ООС   определяется   только   сопротивлением  резистора и   поэтому   коэффициент передачи  всего усилителя равен Когда  входное  напряжение уменьшится до напряжения пробоя стабилитрона VD2, коэффициент передачи цепи ООС скачком уменьшится  {bос=(R3||R2)/{(Rз||R2)+Rос}}   и соответственно увеличится коэффициент передачи всего усилителя Kuоос = Rос(1/R2+1/R3).

Рис. 12.1. Схема нелинейного преобразователя. реализующая монотoнно     возрастающий    коэффицициент

усиления   (а),  ее  передаточная  характеристика   (б)   и  схема нелинейного  преобразователя   в)

12.1.2. Усилитель с убывающим коэффициентом передачи

Усилитель с убывающим коэффициентом передачи можно получить, если в ранее рассмотренной схеме нелинейный двухполюсник и резистор обратной связи поменять местами. Схема такого усилителя  приведена  на  рис.  12.2, а.  Рассмотрим ее работу при тех же допущениях, что и для схемы на рис. 12.1.

Предположим, что входное напряжение отрицательно и удовлетворяет неравенству  При этом оба стабилитрона в цепи ООС заперты. Коэффициент передачи цепи ООС определяется только сопротивлениями резисторов (при этом   ) В  этом случае коэффициент  передачи  усилителя будет равен При уменьшении входного напряжения до уровня,  при  котором   произойдет   пробой   стабилитрона   VD2,  коэффициент   nepедачи цепи ООС скачком увеличится до Это, в свою очередь, уменьшит коэффициент передачи усилители докоторый будет оставаться неизменным до тех пор, пока уменьшение входного напряжения не приведет к пробою стабилитрона VD1. После пробоя стабилитрона VD1 коэффициент передачи цепи ООС увеличится до максимально возможного значения а коэффициент передачи усилителя упадет до своего минимального значения КООС3Таким образом, изменение места включения нелинейного двухполюсника, образованного резисторами и стабилитронами, приводит к изменению характера  поведения   коэффициента   передами устройства. Если на вход устройства подано положительное напряжение, то практически во всем диапазоне изменения входного сигнала его коэффициент передачи будет постоянен. При этом он будет минимальным, так как все стабилитроны смещены в прямом направлении (рис. 12.2,6).

Входное напряжение, при котором будет происходить изменение коэффициента  передачи  усилителя,  можно определить, зная напряжение пробоя стабилитронов. Первый перелом передаточной характеристики произойдет в момент, когда выходное напряжение достигнет При этом  входное  напряжение усилителя будет равноДля второго перелома передаточной характеристики выходное напряжение должно увеличиться до uvd1. Это произойдет в момент, когда входное напряжение достигнет

Рис.12.2. Схема  нелинейного преобразователя с  монотонно убывающим коэффициентом усиления (а) и ее передаточная характеристика (б)

Используя описанные принципы, можно построить различные схемы нелинейных преобразователей. В качестве примера на рис. 12.3, а приведена схема нелинейного преобразователя с симметричной характеристикой. Пока выходное напряжение недостаточно для пробоя одного из стабилитронов, его коэффициент передачи определяется отношением сопротивлений резисторов ROC1 и После пробоя соответствующего стабилитрона коэффициент передачи устройства падает (рис.12.3).

              

Рис.12.3. Схема нелинейного преобразователя с симметричной передаточной характеристикой   (а)   и  его  передаточная характеристика   (б)

Практическое использование схем нелинейных преобразователей, приведенных на рис. 12.1, а и 12.2, а, ограничивается двумя причинами. Первая дискретность ряда реально существующих стабилитронов. Вторая причина связана с неидеальностью ВАХ. стабилитрона. Большинство выпускаемых промышленностью стабилитронов имеют минимальный ток стабилизации 1... 3 мА. Этот ток соизмерим с максимально допустимым выходным током cepийных ОУ. Сказанное накладывает ограничения на форму передаточной характеристики преобразователя, так как усложняет формирование требуемых коэффициентов передачи при малых значениях Uвх.

Устранить данные ограничения  можно, если вместо стабилитронов в цепи ООС ОУ использовать нелинейные цепи на основе резисторов   и   диодов.   

12.2.АКТИВНЫЕ  ФИЛЬТРЫ

Имеют огромное преимущество перед пассивными фильтрами на частотах ниже 10 кГц. На этих частотах индуктивности фильтров громоздки и дороги, а характеристики фильтров далеки от идеальных. Рассмотрим некоторые типы фильтров.

12.2.1.Фильтры нижних частот (ФНЧ)

На рис. 12.3 приведена схема ФНЧ. Это    инвертирующий интегратор с постоянным коэффициентом усиления от постоянного тока до частоты (рис.12.4)

.

Рис. 12.3.Активный ФНЧ на интеграторе

На частотах  f  > f2   усиление уменьшается на 6 дБ/октаву – т. е. при каждом удвоении частоты усиление уменьшается вдвое.

Рис. 12.4. АЧХ ФНЧ

Аналогичен этому ФНЧ, представленный на рис.12.5. ФНЧ состоит из низкочастотного RC фильтра и повторителя напряжения на ОУ DA1. Резистор R1 служит для компенсации влияния токов смещения.

Рис. 12.5.Активный ФНЧ с повторителем

В приведенных схемах ФНЧ   крутизна спада характеристики составляет -20 дБ/октаву. Если объединить два рассмотренных ранее ФНЧ, то можно обеспечить крутизну спада – 40 дБ/окт. (рис. 12.6).

Рис. 12.6.Активный ФНЧ с крутизной спада характеристики  - 40 дБ/окт.

12.2.2.Фильтры верхних частот  (ФВЧ)

Простейшая схема ФВЧ приведена на рис.12.7.

                                                                       

Рис.12. 7.Активный ФВЧ                                                                      Рис. 12.8. АЧХ ФВЧ

Это инвертирующий дифференциатор. Этот ФНЧ аналогичен рассмотренному ранее ФНЧ. АЧХ рассматриваемого фильтра приведена на рис. 12.8. Частота

              .

Повысить крутизну возрастания АЧХ можно путем последовательного соединения двух  ФВЧ, однако более эффективной является схема приведенная на рис.12.9.

Рис.12.9. ФВЧ с крутизной возрастания АЧХ 40 дБ/дек.

12.2.3.Полосовые фильтры (ПФ)

ПФ служат для пропускания сигналов в определенной полосе частот. Такой фильтр можно получить соединив низкочастотный и высокочастотный активные фильтры (рис.12.10).

Амлитудно–частотная характеристика такого ПФ дана на рис. 12.11.

                           

Рис.12.10. Активный полосовой фильтр.                            Рис. 12.11. АЧХ активного ПФ.

Более рациональна схема ПФ, изображенная на рис. 12.12. Это схема такого же типа как и предыдущий ПФ.

Рис. 12.12.Схема второго ПФ.

12.2.4.Режекторные фильтры (РФ)

РФ служат для подавления сигналов в определенной полосе частот (полоса непрозрачности). АЧХ такого фильтра можно получить путем соединения ФНЧ и ФВЧ с полосами пропускания, которые не перекрываются, т. е. фактически использовать схему, приведенную на рис. 8 (номиналы элементов при этом должны быть другими).

Более совершенной является схема, данная на рис. 12.13. АЧХ такого РФ приведена на рис. 12.14. Здесь применена двухпетлевая обратная связь как в дифференциаторе и интеграторе.

                        

Рис. 12.13 – схема активного режекторного фильтра.                             Рис. 12.14. АЧХ активного РФ.

 

Контрольные вопросы и задания

1. Суть метода   кусочно- линейной аппроксимации при построении нелинейных преобразователей.

2. Поясните принцип построения  активного полосового фильтра.

3. Назначение режекторного фильтра.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

27522. Политическая система России: понятие, соотношение с политической организацией общества 26 KB
  Взаимодействие государства и общественных объединений Взаимодействие государства и общественных объединений происходит в следующих случаях: общественные объединения принимают участие в формировании органов государственной власти выдвигая и поддерживая в предвыборной борьбе своих кандидатов в депутаты органов законодательной власти и на иные выборные должности в органы исполнительной власти; общественные объединения осуществляют контроль за деятельностью органов государственной власти; представители общественных объединений могут входить...
27523. Политический режим 32 KB
  Политический государственный режим совокупность приемов и способов осуществления политической власти в государстве. Политический режим характеризуется методами осуществления политической власти степенью политической свободы в обществе открытостью или закрытостью элит с точки зрения социальной мобильности фактическим состоянием правового статуса личности. Демократия политический режим при котором единственным источником власти признаётся народ власть осуществляется по воле и в интересах народа.
27524. Понятие и виды норм права 31.5 KB
  Юридическая норма норма права общеобязательное веление выраженное в виде госновластного предписания и регулирующее обществ. Сосредоточены в Конституции; нормыпринципы з датые предписания выражающие и закрепляющие принципы права; определительноустановочные нормы предписания определяющие цели задачи отделх отраслей права правовых институтов предмет формы и средства правового регулирования закрепляющие целевые установки з датля; нормы дефиниции правовые понятия термины: определение преступления виды сделок; б нормы...
27525. Понятие и виды функций права 34.5 KB
  Понятие и виды функций права. Сегодня нет единого взгляда на проблему функции права. Если синтезировать многочисленные точки зрения по этому вопросу то можно увидеть что в конечном счете под функцией права понимают либо социальное назначение права либо направление правового воздействия на общественные отношения либо и то и другое вместе взятое. Система функций права является сложным многоуровневым явлением.
27526. Понятие и классификация нормативно-правовых актов 28 KB
  НПА предписания субъектов правотворчества содержащие нормы права. Признаки НПА: 1 результат правотворческой деятельности органов и должностных лиц наделенных строго определенной компетенцией; 2 содержат общеобязательные правила поведения и предписания; 3 выражают государственную волю; 4 принимаются в особом порядке; 5 имеют установленную форму указ постановление закон реквизиты порядок вступления в силу и сферу действия; 6 регулируют наиболее типичные массовые отношения рассчитаны на постоянное длительное действие; 7 не...
27527. Понятие и структура правосознания 25 KB
  Выделяют следующие основные черты правосознания: 1 является одной из форм общественного знания; 2 состоит из идей теорий чувств эмоций настроений и других компонентов; 3 носителями компонентов правосознания являются различные субъекты права; 4 обращено не только к настоящему но и к прошлому и к будущему; 5 является формой права в отдельные периоды развития общества; 6 ориентирует субъектов права в социальноправовых ситуациях позволяет им делать соответствующий не всегда правомерный выбор и принимать юридически значимые решения....
27528. Понятие, признаки и виды правомерного поведения 29 KB
  Понятие признаки и виды правомерного поведения Правомерное поведение личности это поведение соответствующее предписаниям юридических норм т. законопослушное социальное поведение облеченное в юридическую форму. Правомерное поведение очень широко по своему диапазону и весьма неоднородно по характеру. Активное правомерное поведение.
27529. Понятие, стадии, способы и типы правового регулирования 31.5 KB
  Понятие стадии способы и типы правового регулирования Правовое регулирование целенаправленное результативное юридическое воздействие права на общественные отношения осуществляющееся при помощи совокупности юридических средств норм права правоотношений и актов реализации составляющих его механизм механизм правового регулирования. Метод правового регулирования представляет собой специфический способ совокупность способов правового воздействия на регулируемые общественные отношения. Он складывается из комбинации следующих способов...
27530. Правовая культура, понятие и структура 26 KB
  Правовая культура понятие и структура. Существует несколько подходов к понятию культуры: 1 антропологические согласно которым культура это совокупность всех благ созданных человеком в отличие от того что создала природа; 2 социологические согласно которым культура это совокупность всех духовных ценностей; 3 философские согласно которым культура это исторически определенный уровень развития общества творческих сил и способностей человека. Таким образом правовая культура это совокупность всех ценностей созданных человеком в...