Материал: 2416
Основное отличие от инвертирующего усилителя заключается в повышенном входном сопротивлении, которое равно сумме сопротивлений Rвт и Rос и может достигать 10 МОм и выше. Его выходное сопротивление, как и инвертирующего усилителя, мало.
На рис. 10.46 представлена схема усилителя, дифференцирующего сигнал инвертирующего входа
uвых( t ) = −RC duвх( t ) . |
(10.27) |
|
|
dt |
|
С |
R |
|
Rвт |
|
|
uвх(t) |
|
|
ec=uc(t) |
|
Rн uвых(t) |
Рис. 10.46. Дифференцирующий усилитель
На рис. 10.47 представлена схема усилителя, интегрирующего сигнал инвертирующего входа.
Rвт |
R |
С |
|
|
|
||
|
|
uвх(t) |
|
ec=uc(t) |
|
Rн |
uвых(t) |
Рис. 10.47. Интегрирующий усилитель
Выходное напряжение этого усилителя
uвых( t ) = − |
1 |
∫uвх( t )dt . |
(10.28) |
|
RC |
||||
|
|
|
На базе ОУ может быть построен компаратор – устройство, сравнивающее два сигнала и выдающее логическую единицу, если сигнал на неинвертирующем входе больше чем на инвертирующем, и логический ноль, если сигнал на неинвертирующем входе меньше, чем на инвертирующем. Выпускаются специальные интегральные схемы, предназначенные для использования в качестве компараторов.
265
uвх(t) |
|
e–(t) |
Rн |
uвых(t) |
|
e+(t) |
|
Рис. 10.48. Схема компаратора на базе ОУ
ОУ в этом случае применяется как элемент сравнения и усилитель. Схема компаратора приведена на рис. 48. Компараторы используются для построения схем аналого-цифровых преобразователей.
10.16. Генераторы синусоидальных колебаний
Различают генераторы синусоидальных колебаний с самовозбуждением (автогенераторы) и с внешним (независимым) возбуждением. Последние являются усилителями мощности высокой частоты, работающими на резонансную нагрузку.
Схема автогенератора обычно содержит усилитель, охваченный положительной обратной связью. Наиболее часто применяется обратная связь по напряжению. Для построения автогенератора синусоидальных колебаний элементы схем либо усилителя, либо обратной связи должны обладать явно выраженными частотными свойствами. Наибольшее распространение получили два типа усилительных схем: с резонансными (колебательными) контурами и с резистивноемкостными цепями.
Автогенераторы, выполненные на основе схемы резонансного усилителя, часто называют автогенераторами типа LC, а автогенераторы, построенные на основе схемы усилителя на RC-цепях,– автогенераторами типа RC. Генерирование колебаний с частотами меньше 15–20 кГц на резонансных LC-контурах затруднено и неудобно из-за их громоздкости. В низкочастотном диапазоне широко используются генераторы типа RC. Они могут генерировать весьма стабильные синусоидальные колебания в сравнительно широком диапазоне частот от долей герца до сотен килогерц. Кроме того, они имеют малые габариты и массу. Конечно, наиболее полно преимущества генераторов типа RC проявляются в области низких частот.
266
Для анализа установившегося режима работы автогенератора воспользуемся комплексным методом.
Напряжения на выходе автогенератора и на входе четырехполюсника цепи обратной связи одинаковые (рис. 10.49, а)
U&вых =U&вх.ос |
(10.29) |
и удовлетворяют условию |
|
U&вых = Кu у Кu осU&вх.ос, |
(10.30) |
где Кu у = Кu у( ω)еjϕ′( ω ) |
|
– коэффициент усиления по напряжению |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
усилителя; |
Кu ос |
= Кu ос( ω)еjϕ′′( ω ) |
|
– коэффициент передачи по напря- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
жению четырехполюсника обратной связи. |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
Из выражений (10.29) и (10.30) следует |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
Кu у Кu ос = Кu у( ω) Кu ос( ω)еj[ ϕ′( ω )+ϕ′′( ω )] =1, |
(10.31) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
то есть |
|
|
|
|
|
Кu у( ω) Кu ос( ω) =1; |
(10.32) |
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
′ |
|
′′ |
(10.33) |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ϕ ( ω) +ϕ ( ω) = 2πn , |
|||||||||||||||||||||||||||||
где n=0,1,2,3,… |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
Кu у |
|
U&вых |
|
|
|
Rн |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
uвх |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
Кu ос |
|
U&вх.ос |
С2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Rн |
|
|
|
|
|
uвых |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
R2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Рис. 10.49. Обратная связь по напряжению (а) и схема RC-автогенератора на основе ОУ, моста Вина в цепи положительной обратной связи и делителя напряжения из резисторов R3 и R4 в цепи отрицательной обратной связи
Условие (10.32) называется балансом амплитуд. Условие (10.33) называется балансом фаз. Условия (10.32) и (10.33) должны выполняться при одной угловой частоте работы автогенератора ω.
Самовозбуждение генератора, начиная с момента подачи питания, определяется условием
267
Кu у( ω) Кu ос( ω) >1, |
(10.34) |
которое после завершения переходного процесса переходит в условие установившегося режима работы автогенератора (10.32) вследствие уменьшения Кu у при увеличении амплитуды синусоидальных колебаний, обусловленного нелинейностью транзисторов.
Схема RC-автогенератора на основе ОУ, моста Вина в цепи положительной обратной связи и делителя напряжения из резисторов R3 и R4 в цепи отрицательной обратной связи представлена на рис. 10.49, б.
Для генерации колебаний с максимальной амплитудой и угловой
частотой ω0 = |
1 |
цепь отрицательной обратной связи должна |
|
R1R2C1C2 |
|||
|
|
удовлетворять соотношению R3 = 2 .
R4
10.17. Генераторы линейно изменяющегося напряжения
Линейно изменяющимся (пилообразным) напряжением называют импульсное напряжение, которое в течение некоторого времени изменяется практически по линейному закону, а затем возвращается к исходному уровню.
Линейно изменяющееся напряжение характеризуется следующи-
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ми основными параметрами (рис. |
||||||||||||||||||||
|
u |
|
|
|
|
10.50): |
|
периодом T, длительно- |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
стью рабочего хода Тр, длитель- |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
Um |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ностью |
|
обратного |
хода Тобр, ам- |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
плитудой Um, коэффициентом не- |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
линейности ε. |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
du |
|
|
|
|
|
|
|
|
du |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
Tp |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Tобр |
|
|
|
|
|
t =0 − |
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ε |
= |
|
dt |
|
dt |
|
t =T |
p |
, (10.35) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
du |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dt |
|
|
t =0 |
|
|
||||||
|
|
|
|
Рис. 10.50. Импульсы линейно |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
du |
|
|
|
|
|
du |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
изменяющегося напряжения |
|
где |
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
– соответст- |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
dt |
|
|
|
|
dt |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t =0 |
|
|
t =Tp |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
венно скорость изменения напряжения в начале и в конце рабочего хода.
268
