К544Са3: Микросхема К544СА3 (LM311N)

6.7 Дифференцирующий усилитель на основе оу

Дифференцирующим усилителем называется аналоговое устройство, выходное напряжение которого пропорционально производной его входного напряжения по времени. Простейший (идеальный) дифференциатор представлен на рисунке 6.10.

Рисунок 6.10 — Дифференцирующий усилитель на ОУ

Реальный дифференциатор имеет динамические ошибки, связанные с ограниченной величиной коэффициента передачи ОУ и его конечной частотой w_В (см. разделы 1.3.4 и 6.1, рисунки 1.32, 1.33). Данные ограничения определяют появление различного рода корректирующих цепочек, усложняющих конструкцию усилителей.

Например, для приведенной схемы (см. рисунок 6.10), частотный диапазон лежит в пределах 0 < w < 1/( R_OC·C). Однако, емкость на входе определяет с ростом частоты падение входного сопротивления, что может негативно сказаться на источнике входного сигнала (в случае его большого внутреннего импеданса).

Для повышения стабильности и входного импеданса дифференциатора последовательно с емкостью включают дополнительное сопротивление R_K, параллельно же R_ОС ставят емкость С_K(см. рисунок 6.11). Наличие данных элементов превращают чистый дифференциатор в дифференциатор – сумматор, на выходе которого сигнал пропорционален выражению [7]:

Рисунок 6.11 — Дифференцирующий усилитель на ОУ

с корректирующими элементами С_К и R_К

При условии R_К·C = R_OC·C_К на частотах w < 1/ (R_К·C) усилитель дифференцирует входной сигнал, при больших частотах – интегрирует.

Компаратором называется устройство, предназначенное для сравнения измеряемого напряжения с напряжением воспроизводимым мерой. В качестве меры используют источник опорного напряжения.

Принципиальная схема компаратора изображена на рисунке 6. 12.

Рисунок 6.12 — Компаратор напряжения на ОУ

ОУ в устройстве сравнения работает в режиме бесконечно большого усиления (R_ОС = ∞), при этом на сигнал выходе равен предельному (~ +U_П) для: . В случае U_ВЫХ изменяется на нулевой (специализированный компаратор) или на ~ -U_П для стандартного ОУ. В специализированных компараторах (например, К544СА3) используются усилители с высокой скоростью нарастания выходного сигнала и дополнительные каскады ограничения напряжения низкого уровня уровнем нуля соответствующей серии логических интегральных схем. В компараторе К544СА3 уровень нуля и единицы совпадает с параметрами ТТЛ уровней.

На рисунке 6.13 изображены временные диаграммы, поясняющие работу компаратора.

Рисунок 6.13 — Диаграмма работы компаратора напряжения

В состав компаратора входит сопротивление положительной обратной связи R_Р необходимое для формирования зоны гистерезиса на выходной характеристике. Ширина зоны лежит в обратной пропорции с величиной R_Р . Размер гистерезиса должен превышать амплитуду помехи (чаще всего частота силовой сети 50 Гц ), наложенной на входной сигнал, в противном случае в переходном режиме на выходном напряжении будут возникать импульсы ложного срабатывания, которые иногда нежелательны.

Упрощенная схема управления коммутатором. СА1 Лекция 8

Похожие презентации:

3D печать и 3D принтер

Видеокарта. Виды видеокарт

Анализ компании Apple

Трансформаторы тока и напряжения

Транзисторы

Устройство стиральной машины LG. Электрика

Конструкции распределительных устройств. (Лекция 15)

Электробезопасность. Правила технической эксплуатации электроустановок

Магнитные пускатели и контакторы

Работа на радиостанциях КВ и УКВ диапазонов. Антенны военных радиостанций. (Тема 5.1)

Упрощенная схема управления коммутатором.
Если Uупр > Uemax – диод
закроется. Uз-и будет равно 0,
транзистор откроется , Ue=Ua. При
достаточно больших отрицательных
управляющих напряжениях диод будет
открыт, а полевой транзистор закрыт.
Напряжение на выходе коммутатора
равно нулю.
Частота переключения этого коммутатора невелика. Обычно эти
коммутаторы выпускают в интегральном исполнении, когда в одном
корпусе объединяются несколько коммутаторов, управляемых общим
напряжением. Часто эти коммутаторы выполняются с одним входом или
одним выходом. Путем двоичного кода выбирается, какой из

коммутаторов подсоединить. Тогда эти коммутаторы называются
аналоговыми мультиплексорами. Часто в этих схемах добавляется ОУ.
Аналоговые коммутаторы на базе операционных усилителей.
Коммутатор с улучшенными характеристиками.
Полевой транзистор выполняет роль коммутатора. При Uупр = 0 он открыт,
независимо от величины входного напряжения. Если его закрыть, потенциал стока
возрастает, и, в зависимости от того , какой он имеет знак, открывается первый или
второй диод. К суммирующей точке операционного усилителя можно подключить
еще несколько идентичных коммутаторов. При этом получится аналоговый
мультиплексор. При соответствующем выборе R1 можно коммутировать входные
сигналы любой амплитуды.
Аналоговые коммутаторы с памятью (схемы выборки-хранения).
Выходное напряжение аналогового коммутатора с памятью в состоянии
«Включено» равно входному, а в состоянии «Выключено» должно быть равно
тому, каким оно было в момент выключения. Для запоминания используют
конденсатор.
При закрывании транзистора напряжение на конденсаторе остается
неизменным , если будет отсутствовать ток разряда. Поэтому ОУ2 выбирается с
полевыми транзисторами на входе. Качество коммутатора характеризуется:
1. величиной дрейфа фиксированного напряжения.
2. Временем установки значения te – определяет, насколько долго при самых
неблагоприятных условиях длится процесс заряда конденсатора до величины
входного напряжения с заданным уровнем допуска.
3. Время запаздывания определяется как время задержки между моментом
снятия управляющего напряжения и фактическим запиранием коммутатора.( ta).
Оно тем меньше, чем круче фронт Uупр.
te ≈ 20 мкС;
≈ 3 мВ/С
∆Ua ≈ 1мВ

Аналоговый коммутатор с памятью, выполненный на базе интегратора.
Компараторы
разновидность коммутаторов. Осуществляют переключение уровня
выходного напряжения, когда непрерывно изменяющийся входной сигнал
становится выше или ниже определенного уровня.
Благодаря высокому коэффициенту усиления схема переключается при
очень малых величинах разности и пригодна для сравнения с очень высокой
точностью.
Скорость нарастания 1В/мкС. Существенно
меньшей задержки можно добиться используя
специальные микросхемы
компараторов
К544СА1, К544СА2, К544СА3.
Если требуется сравнить большие напряжения, то используется схема:
Компаратор срабатывает при переходе Vp
через 0. Сравниваемые напряжения должны быть
разного знака. Благодаря диодам, напряжение на входе
компаратора не может превысить ±0,6 В.
Двухпороговый компаратор.
Фиксирует, находится ли входное напряжение между двумя заданными
напряжениями или вне этого диапазона.
На выходе логического элемента единица
будет только тогда, когда U1<Ue<U2.
Триггер Шмитта.
Это компаратор, уровни включения и выключения которого не совпадают.
Они различаются на величину, называемую гистерезисом переключения.
Инвертирующий триггер Шмитта.
При Ue<<0:
Если к инвертирующему входу приложено большое отрицательное
напряжение, то Ua=Uamax. На неинвертирующем входе будет потенциал Vpmax. При
повышении входного напряжения величина выходного сигнала сначала не меняется,
но как только Ue достигнет значения Vpmax, выходное напряжение начинает падать,
а вместе с ним падает скачком Vp. Они принимают значения: Ua → Uamin, Vp →
Vpmin. Достигнутое состояние стабильно, и выходное напряжение изменится до
значения Uamax только тогда, когда входное напряжение достигнет значения Vpmin.