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

12 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

51121. Моделювання лінійних систем в часовій та частотній області 500.67 KB
  Сформувати два синусоїдальних сигнали частоти 3 та 20 Гц тривалістю1 с. Проілюструвати властивість адитивності системи, визначивши реакціюсистеми спочатку на кожний з сигналів окремо, а потім на суму цих сигналів.Проілюструвати властивість однорідності системи.
51122. Разработка программы с использованием элементов Radiobutton, Button, Listbox 77.03 KB
  Задание на работу: Разработать программу с использованием элементов Rdiobutton Button Listbox. Предметная область фотопрокат. Код программы (файл Form1.cs)...
51123. Исследование устойчивости системы автоматического регулирования с использованием критерия Найквиста 50.13 KB
  В ходе лабораторной работы был изучен критерий устойчивости Найквиста. Получены АФЧХ разомкнутых систем с астатизмом и без, переходные характеристики замкнутых систем с астатизмом и без. По полученным характеристикам была определена устойчивость систем.
51124. Моделирование непрерывно-стохастической системы массового обслуживания 106.86 KB
  На вход n-канальной СМО с отказами поступает поток заявок с интенсивностью l = 6 заявок в час. Среднее время обслуживания одной заявки 0.8 часа. Каждая обслуженная заявка приносит доход 4у.е. Содержание одного канала обходится 2 у.е./час. Определить экономически целесообразное количество каналов.
51125. Спектральний аналіз сигналів за Фурьє 1.43 MB
  Як відомо, спектри всіх дискретних сигналів періодичні, а амплітудні спектри є парними функціями частоти. Засобами MatLAB можна розрахувати дві половини одного періоду спектру, які є дзеркальними копіями одна одної відносно частоти Найквіста. Через це на всіх графіках амплітудних спектрів достатньо і необхідно виводити лише половину періоду спектру, оскільки вона повністю описує амплітудний спектр
51126. Разработка текстового редактора с использованием файлового ввода/вывода 54.26 KB
  Задание на работу: Разработать текстовый редактор с использованием файлового ввода/вывода. Код программы (файл Form1.cs)...
51127. Исследование точности САУ в установившемся режиме 77.99 KB
  Графики ошибок Усилительное звено Пи-регулятор Дифференциальное звено Расчеты значений установившейся ошибки: Усилительное звено Пи-регулятор Дифференциальное звено Вывод В ходе лабораторной работы было исследовано влияния степени астатизма на установившуюся ошибку при ступенчатом воздействии.
51128. Фільтрація сигналів 889.81 KB
  Мета роботи: набути навичок проектування цифрових фільтрів, задавання специфікації фільтрів залежно від властивостей сигналів, які треба фільтрувати; набути навичок реалізації дискретної фільтрації сигналів у середовищі MatLAB.