Стабилизаторы напряжения и тока

      Неинвертирующий усилитель (рис.8.5) не изменяет знак выходного сигнала относительно входного и  
 
 
 
 
 
 
 
 

     Вопрос 6. Генераторы на ОУ.

     Мультивибратором называется генератор периодически повторяющихся импульсов прямоугольной формы. Мультивибратор (рис.8.14) является автогенератором и работает без подачи входного сигнала. Рассматриваемый генератор является симметричным и для него длительность импульса и паузы равны t_и=t_n=R_о.сC×ln(1+ ), при R₁=R₂ t_и=t_п=R_о.сC×ln3, период повторения импульсов Т_п=(t_и+t_п)=2t_и, скважность Q= . Изменяя t=R_о.сC и величины R₁, R₂, можно регулировать длительность, частоту и амплитуду импульсов.

     Генератор гармонических колебаний с мостом Вина на базе ОУ (рис.8.15) является самовозбуждающимся устройством. Мост Вина, состоящий из элементов R₁, R₂, C₁, C₂, образует звено частотно-зависимой положительной обратной связи, для которого f₀= - частота генерации частотно-зависимой цепи. При R₁=R₂=R и C₁=C₂=C (условие обязательное) f₀= . Соотношение параметров R_о.с и R₀ определяет коэффициент усиления k_u.

Генератор линейно-изменяющегося напряжения (ГЛИН) предназначен для получения напряжения, которое в течение некоторого времени нарастает или спадает по линейному или близкому к линейному закону и используется в каскадах сравнения, схемах временной задержки импульсов, для получения временных разверток в электронно-лучевых трубках и т.д. Реализация ГЛИНа на ОУ и временные диаграммы входного и выходного напряжений даны на рис.8.16. Принцип работы основан на применении зарядного или разрядного устройства, интегрирующего конденсатора C и электронного ключа на транзисторе VT. При закрытом состоянии ключа происходит заряд конденсатора C от Е_зар. через R₃ с постоянной времени t_зар=R₃C, что определяет длительность прямого (рабочего) хода. Замыкание ключа приводит к быстрой разрядке конденсатора и время обратного хода определяется сопротивлением насыщенного транзистора. Выходное напряжение повторяет форму напряжения на конденсаторе C и имеет вид “пилы”. 

     Вопрос 7. Пороговые устройства.

     Пороговые устройства предназначены для сравнения двух входных величин. В рассматриваемых схемах сравниваются постоянное U_оп и переменное U_вх напряжения. На рис.8.17,а приведен двухвходовый компаратор, у которого сравнивающиеся сигналы поступают на оба входа усилителя. Поэтому состояние выхода компаратора (полярность выходного напряжения) определяется большим по уровню напряжением одного их входов, что отражает идеализированная (без учета гистерезиса) передаточная характеристика (рис.8.17,б). При равенстве входных напряжений выходное напряжение равно нулю. При DU_вх=U_оп-U_вх>0 наряжение на выходе ОУ будет равно U_вых=U_вых.m, если же DU_вх=U_оп-U_вх<0, то U_вых= -U_вых.m.

      Уровень входного напряжения компаратора ограничивается допустимым синфазным входным напряжением. Принцип работы устройства поясняется временными диаграммами для U_вх и U_вых (рис.8.17,в). Обратные связи для этого компаратора не предусмотрены ни по одному их входов.

     Для ускорения процесса переключения используют ускоряющие цепи на основе введения положительных обратных связей (ПОС). Такой компаратор с ПОС называется также триггером Шмитта (рис.8.18,а). Здесь применяется ПОС через цепочку R₁,R₂, а входной сигнал подается на инвертирующий вход. На рис.8.18,б построена передаточная характеристика этого компаратора, для которой

     U_пр^¢=U_оп

     U_пр^²=U_оп

      U_г=U_пр^¢-U_пр^²= ,

     U_г - ширина петли, определяющая соотношением сопротивлений делителя R₁ и R₂.

Счетчики  импульсов

Счетчик импульсов  — это последовательностное цифровое устройство, обеспечивающее хранение слова информации и выполнение над ним микрооперации счета, заключающейся в изменении значения числа в счетчике на 1. По существу счетчик представляет собой совокупность соединенных определенным образом триггеров. Основной параметр счетчика — модуль счета. Это максимальное число единичных сигналов, которое может быть сосчитано счетчиком. Счетчики обозначают через СТ (от англ. counter).

Счетчики классифицируют:

по  модулю счета:

• двоично-десятичные;
• двоичные;
• с произвольным постоянным модулем счета;
• с переменным модулем счета; 
  по направлению счета: '

      суммирующие;

• вычитающие;
• реверсивные;

по  способу формирования внутренних связей:

• с последовательным переносом;

• с параллельным переносом;
• с комбинированным переносом;

•    кольцевые. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 Назначение  обратных связей в  усилителях

  Для улучшения стабильности усиления, изменения входного и выходного сопротивлений, уровня линейных и нелинейных искажений, амплитудно-частотных, передаточных характеристик

 и других параметров вводят обратную связь. Обратной связью (ОС) в усилителях называют передачу выходного сигнала в его входную цепь. Цепь, по которой осуществляется передача сигнала ОС, называется цепью обратной связи. Петлей ОС называют замкнутый контур, включающий в себя цепь ОС и часть усилителя между точками ее подключения. Местной петлей ОС (местной ОС) называют ОС, охватывающую отдельные каскады или часть усилителя, Общая ОС охватывает весь усилитель.

 

 Упрощенная  структурная схема усилителя с обратной связью показана на рис.10.12. Усилитель имеет в направлении, указанном стрелкой, коэффициент усиления   К=Uвых/Uвх;  Другим прямоугольником обозначена цепь ОС, имеющая коэффициент передачи   β***' =U'ос/U'вых   (где ' есть точка над символом)  напряжение ОС, передаваемое с выхода усилителя на вход. Коэффициент β***' показывает, какая часть выходного напряжения передаётся обратно на вход, поэтому его называют коэффициентом обратной связи. Обычно В < 1, поэтому вместо нижнего усилителя можно применять пассивный линейный четырехполюсник. Коэффициент усиления усилителя К и коэффициент передачи цепи ОС Р    в   общем   случае   являются величинами комплексными, учитывающими возможный фазовый сдвиг на низких и высоких частотах за счет наличия в схемах реактивных элементов. При работе в диапазоне средних частот, если в цепи ОС отсутствуют реактивные элементы, то параметры К и Р являются вещественными величинами.

 Если напряжение U_OC совпадает по фазе со входным напряжением Uвых, то в точке сравнения происходит сложение сигналов и ОС называют положительной (ПОС). Если U_ос и U_BbIX противофазны (поворот фазы сигнала ф = π), то в точке сравнения происходит их вычитание и ОС называют отрицательной (ООС).

 По способу  получения сигнала U_oc различают: обратную связь по напряжению (рис. 10.13, а), когда сигнал обратной связи пропорционален выходному напряжению U_вых; ОС   по   току   (рис.10.13, б),

 когда сигнал обратной связи пропорционален току выходной цепи;

 комбинированную обратную связь (рис.10.13, в), когда снимаемый сигнал ОС пропорционален как напряжению, так и току выходной цепи.

 По способу  введения напряжения ОС на вход усилителя обратная связь бывает:

  последовательной (рис. 10.14, а) — напряжение ОС U_ОС поступает последовательно с напряжением источника входного сигнала;

 параллельной (рис. 10.14, б) — напряжение ОС U_oc

 поступает параллельно  с напряжением источника входного сигнала;

 смешанной (рис.10.14,в).

 Для определения  вида обратной связи можно воспользоваться следующим правилом: если при коротком замыкании нагрузки напряжение обратной связи сохраняется, то осуществляется обратная связь по току; если же оно стремится к нулю, то по напряжению.

 Поскольку в  усилителях обычно используются каскады ОЭ, ОК, ОИ, ОС, то можно просто определить вид ОС по способу подачи ее сигналов во входную цепь. Если сигнал обратной связи поступает на эмиттер (или исток) транзистора, то связь последовательная, а если на базу (или затвор), то параллельная. Для определения вида обратной связи (ОСС, ПОС) необходимо просмотреть прохождение полуволны входного сигнала во всех точках схемы усилителя.

 Отрицательная обратная связь позволяет улучшить некоторые параметры усилителя, поэтому она нашла на практике преимущественное применение. Оценку влияния обратной связи на показатели усилителя рассмотрим на примере схемы с последовательной обратной связью по напряжению  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Схемы с температурной  стабилизацией

 На рис.10.10, а представлена схема с коллекторной стабилизацией. Ее отличие от схемы (рис. 10.8) состоит в том, что резистор rб подключен к коллекторному выводу транзистора с напряжением U_Kэo, а не к источнику питания U_ип. В этом случае ток смещения Iбо определяется так:

 Физический  смысл коллекторной температурной  стабилизации заключается в следующем. При повышении температуры коллекторный ток увеличивается, а напряжение U_KЭ0 уменьшается. Это приводит к уменьшению потенциала базы, а следовательно, к уменьшению тока базы Iб и коллекторного тока I_ко, который стремится к своему первоначальному значению. Таким образом, это существенно ослабляет влияние температуры на характеристики усилительного каскада.

 Наиболее  эффективной является схема с  эмиттерной температурной стабилизацией (рис. 10.10, б). Повышение температуры увеличивает ток J_KO, что приводит к увеличению эмиттерного тока   I_эо = I_ко /h_21б .Увеличивается падение напряжения на R_э

с указанной  на рис. 10.10, б полярностью. При этом потенциал эмиттера увеличивается, а напряжение база — эмиттер U_6эo уменьшается. Абсолютное значение напряжения Uбэо в такой схеме определяется выражением

 Это приводит к уменьшению напряжения на эмиттерном переходе, что вызывает уменьшение базового тока Iбo, в результате чего ток коллектора I_КО также уменьшается, стремясь возвратиться к своему первоначальному значению.

 Введение  резистора R_э при отсутствии конденсатора С_э изменяет работу усилительного каскада не только в режиме покоя, но и при наличии входного сигнала. Переменная составляющая эмиттерного тока I_Э создает на резисторе R_э падение напряжения,    так    называемое    напряжение    обратной    связи,    которое уменьшает усиливаемое напряжение, подводимое к транзистору:

 Коэффициент усиления усилительного каскада  будет уменьшаться. Для ослабления влияния отрицательной обратной связи по переменному току параллельно резистору R_э включается конденсатор R_э. Емкость конденсатора С_э выбирают таким образом чтобы в полосе пропускания усилителя его сопротивление было значительно меньше R_э. При этом падение напряжения на параллельном соединении Rэ и Сэ от переменной составляющей тока эмиттера будет незначительным.

 Таким образом, режим покоя можно обеспечить:

 заданием  требуемого тока базы с помощью резистора R_б c большим сопротивлением (рис.10.8);

 заданием  потенциала базы с помощью делителя напряжения R1 R2 или получением I_бо за счет включения R_э.