Схемотехника аналоговых устройств (стр. 21 )

Рис. 9.15. Резонансный усилитель с параллельным колебательным контуром
в качестве эмиттерной нагрузки

В схеме на рис. 9.16 осуществляется коррекция (дополнительное усиление) сигнала вблизи частот ω0, так как RЭ шунтировано последовательным контуром, имеющим малое rОЭ. При коррекции на других частотах сигнала .

Рис. 9.16. Резонансный усилитель с последовательным колебательным контуром,
шунтирующим эмиттерный резистор

Контрольные вопросы к лекции

1.  Какие недостатки простейшей схемы пикового детектора и за счет чего можно устранить при использовании ОУ?

2.  Какими достоинствами обладает ЦАП на ОУ с матрицей R-2R по сравнению со схемой ЦАП на основе суммирующего ОУ?

3.  За счет чего достигается усиление мощности с схемах на основе ОУ?

4.  Каким образом ООС влияет на входное сопротивление инвертирующего ОУ?

5.  Каким образом ООС влияет на входное сопротивление неинвертирующего ОУ?

6.  Каким образом ООС влияет на выходное сопротивление инвертирующего ОУ?

7.  Каким образом ООС влияет на выходное сопротивление неинвертирующего ОУ?

8.  Какие параметры резонансного контура необходимо учитывать при проектировании резонансных усилителей?

ЛЕКЦИЯ 10

10.1. Компараторы и триггер Шмитта

10.1.1. Простейший компаратор

Компаратор – устройство, определяющее момент равенства двух входных напряжений:

.

На временных диаграммах (рис. 10.1) приведены варианты сравнения входных сигналов. В первом случае опорное напряжение, с которым сравнивается изменяющийся во времени сигнал, постоянно: U0 = const. Во втором случае для измерения величины UВХ в качестве опорного используется линейно возрастающее напряжение U0 и в момент равенства производится считывание его значения.

Рис. 10.1. Примеры сравнения двух сигналов на компараторе

Простейшим компаратором является дифференциальный усилитель с большим коэффициентом усиления, построенный на основе транзисторов или операционных усилителей. За счет большого коэффициента усиления такой дифференциальный усилитель при равенстве двух входных сигналов практически мгновенно переходит либо в режим насыщения (на выходе высокий потенциал ), либо в режим отсечки (на выходе высокий потенциал ). Переход в тот или иной режим определяется знаком разности входных напряжений.

Компараторы обладают малым временем задержки, высокой скоростью нарастания выходного напряжения и сравнительно высокой устойчивостью к большим перегрузкам. Ниже, на рис. 10.2, а, приведена схема простейшего компаратора с опорным напряжением U0 = 0. Для задания 0 < U0 < U используют делитель напряжения, который может быть регулируемым (рис. 10.2, б).

а б в

Рис. 10.2. Схемы (а), (б)
и временные диаграммы работы простейшего компаратора (в)

Недостатком простейшего компаратора является так называемый «дребезг» (многократные переключения) из-за наличия шума в реальном входном сигнале. Избавиться от «дребезга» позволяет триггер Шмитта.

Рис. 10.3. Иллюстрация «дребезга» в простейшем компараторе

10.1.2. Триггер Шмитта

Триггер Шмитта выполняется на ОУ с положительной обратной связью (ПОС). ПОС обеспечивает быстрое однократное переключение ОУ. «Нечувствительность» схемы к шумовым выбросам достигается за счет так называемого эффекта гистерезиса, при котором состояние выхода зависит не только от входа, но и от предыдущего состояния схемы. Зона «нечувствительности» соответствует напряжению (cм. рис. 10.4) и определяется разностью между верхним и нижним порогами срабатывания триггера.

Рис. 10.4. Иллюстрация гистерезиса в триггере Шмитта

Рассмотрим схему триггера Шмитта и оценим величину . Цепью ПОС является делитель . Опорный уровень обычно задается от источника питания +U через делитель .

Рис. 10.5. Схема триггера Шмитта

Так как , а и , то .

Таким образом, определяется параметрами цепи ПОС, а также напряжением питания, от которого зависит значение . При этом, как правило, .

10.1.3. Дискретная схема компаратора

Рассматриваемая схема (рис. 10.6) – одна из простых дискретных схем компаратора, где нет жестких требований по быстродействию. Здесь Т1 и Т4 – эмиттерные повторители, нагрузкой которых являются Т2 и Т3 – транзисторы дифференциальной пары, активной нагрузкой которой служит токовое зеркало Т5, Т6, обеспечивающее большой коэффициент усиления дифференциального сигнала.

Рис. 10.6. Дискретная схема компаратора

Высокое значение КОСС обеспечивается источником тока в цепи питания эмиттеров дифференциального усилителя. Выходной сигнал с Т6 усиливается усилителем с заземленным эмиттером на Т7, нагрузкой которого служит источник тока. Компаратор имеет выход с открытым коллектором на Т8, к которому необходимо подключать RН.

10.1.4. Дискретная схема триггера Шмитта

В примере дискретной схемы триггера Шмитта входной сигнал поступает на базу Т1, коллектор которого через R3, образующий цепь ПОС, соединен с базой Т2. Эмиттеры Т1 и Т2 соединены между собой, образуя дифференциальную пару, и подключены через резистор R4 к опорному напряжению .

При рассмотрении работы схемы примем U0 = 0. Нагрузкой Т1 и Т2 являются соответственно резисторы R1 и R2, причем для опрокидывания схемы важно выполнение условия , что будет приводить, соответственно, к и .

Пусть в исходном состоянии UВХ < 0,6 В. В этом случае Т1 закрыт и передается через R3 в базу Т2, переводя его в режим насыщения. Действительно, для n-p-n-транзистора Т2 потенциал эмиттера , а потенциал . Следовательно, оба перехода полностью открыты, и на выходе схемы присутствует низкий уровень напряжения .

Если UВХ ³ 0,6 В, то Т1 открывается, через цепь R1, Т1, R4 начинает протекать ток, создавая падение напряжения и, соответственно, .

Уменьшение потенциала передается на базу Т2, выводя его из насыщения. Уменьшение тока через Т2 приводит к уменьшению и, соответственно, к увеличению .

Обратное переключение произойдет при UВХ < 0,6 В. Тогда Т1 закроется, попадет на базу Т2, и он снова перейдет в насыщение.

Рис. 10.7. Дискретная схема триггера Шмитта

10.2. Мультивибраторы

10.2.1. Автоколебательный мультивибратор

Простейшая схема автоколебательного мультивибратора, предназначенного для генерации прямоугольных импульсов напряжения, приведена на рис. 10.8. Рассмотрим процесс автоколебаний (рис. 10.8, б):