Схемотехника аналоговых устройств (стр. 19 )

Рис. 8.15. Суммирующий усилитель на ОУ

8.2.9. Простейший цифровой аналоговый преобразователь (ЦАП)
на основе суммирующего ОУ

Для построения ЦАП входная цепь ОУ составлена из резисторов, номиналы которых кратны двум.

Рис. 8.16. Схема простейшего ЦАП

В этом случае получаем суммирование входных напряжений с весовыми коэффициентами. Действительно, , а так как , то .

Поскольку , , (и т. д., если увеличить число входов), то наличие соответствующего цифрового кода на входе схемы приводит к соответствующей величине аналогового напряжения на ее выходе.

UВХ, ед.	Двоичный код	UВЫХ, В
U3	U2	U1
0	0	0	0	0
1	0	0	1	1
2	0	1	0	2
3	0	1	1	3
4	1	0	0	4
5	1	0	1	5
6	1	1	0	6
7	1	1	1	7

Рис. 8.17. Иллюстрация принципа ЦАП

Недостаток схемы – большая номенклатура резисторов. Поэтому на практике для построения ЦАП в цепи ООС применяется резистивная матрица , в которой используются только два номинала резисторов.

8.2.10. Интеграторы и дифференциаторы на ОУ

В данном случае в схеме инвертирующего ОУ используется частотно-зависимая ООС. Поскольку входы ОУ тока не потребляют, , а из-за ООС , имеем . Таким образом, данная схема является интегратором, так как .

Поменяв местами конденсатор и резистор, получим дифференциатор. Действительно, и .

а б

Рис. 8.18. Интегратор (а) и дифференциатор (б) на ОУ

Контрольные вопросы к лекции

1.  Какая транзисторная схема лежит в основе ОУ и какими свойствами она должна обладать?

2.  За счет чего рассогласование на входах ОУ сводится к нулю?

3.  Чем характеризуется инвертирующий ОУ?

4.  Чем характеризуется неинвертирующий ОУ?

5.  Каким образом следует подключить нагрузку в источнике тока на ОУ?

6.  За счет чего можно обеспечить логарифмическую зависимость коэффициента передачи в ОУ?

7.  Каким образом осуществляется вычитание двух сигналов на ОУ? Чем определяется коэффициент передачи схемы?

8.  Что представляет собой суммирующий ОУ и каким образом обеспечивается задание весовых коэффициентов?

9.  За счет чего обеспечиваются интегрирующие свойства схемы на ОУ?

10.  За счет чего обеспечиваются дифференцирующие свойства схемы на ОУ?

ЛЕКЦИЯ 9

9.1. Активный пиковый детектор
на основе ОУ

Простейший пиковый детектор, отслеживающий максимальные значения сигнала, основан на односторонней проводимости диода, подключаемого к накопительному конденсатору.

Рис. 9.1. Принцип работы простейшего пикового детектора

Простейший пиковый детектор обладает рядом недостатков:

1.  Входной импеданс – переменная величина, так как ВАХ нелинейная.

2.  Схема не чувствительна к сигналам с амплитудой менее 0,6 В, поскольку диод откроется, когда напряжение на его аноде превысит напряжение на катоде на 0,6 В.

3.  Температурная нестабильность.

Указанные недостатки устраняются операционными усилителями. ОУ1 формирует выходной сигнал, пока напряжение на выходе UВЫХ не достигнет значения напряжения, накопленного на емкости UС. ОУ2 является буфером, высокое входное сопротивление которого препятствует разряду конденсатора через цепь выхода.

Рис. 9.2. Пиковый детектор с использованием ОУ

Схема обладает постоянным и очень большим входным сопротивлением, высокой чувствительностью и температурной стабильностью.

9.2. ОУ в усилителях мощности

Для усиления мощности ОУ используются в сочетании с транзисторами, например, с ЭП. Обратной связью охватывается вся схема, что повышает ее стабильность. Для получения еще большей мощности может использоваться двухтактный каскад.

а б

Рис. 9.3. Усилитель мощности на ОУ:

а – с использованием ЭП; б – с использованием двухтактного каскада

9.3. ЦАП на ОУ с матрицей R-2R

Каждое звено матрицы R-2R обладает эквивалентным сопротивлением RЭКВ = = R. Действительно, при разомкнутой схеме, где UОП – опорное напряжение, а эквивалентное сопротивление .

Рис. 9.4. Пример матрицы R-2R

Для построения ЦАП резистивную матрицу R-2R подключают к ОУ, а на ее звенья с помощью ключей подается либо высокий уровень UОП (лог. 1), либо низкий (земля) уровень (лог. 0).

Рис. 9.5. ЦАП на ОУ с матрицей R-2R

Рассмотрим работу ЦАП.

1. Пусть UОП (лог. 1) подается на звено N. Тогда схема приобретает следующий вид:

Рис. 9.6. Эквивалентное преобразование первого звена схемы ЦАП с матрицей R-2R

Поскольку входы ОУ тока не потребляют, , а из-за ООС , то , а , что соответствует весовому коэффициенту 21 = 2.

2. Пусть UОП (лог. 1) подается на звено (N – 1). Тогда , а , что соответствует весовому коэффициенту 22 = 4.

Рис. 9.7. Последовательность эквивалентных преобразований первого и второго звеньев
схемы ЦАП с матрицей R-2R

Проведя аналогичные рассуждения с применением теоремы об эквивалентном преобразовании источников и генераторов и определив (разомкнутая схема) и (замкнутая схема), получим в общем случае , а , где N = 1, 2, ...

Преобразуемое двоичное число задается ключами. В качестве ключей могут быть использованы, например, транзисторы, включение и выключение которых определяется двоичным кодом.

9.4. Влияние ООС на входное сопротивление ОУ