Радиоэлектронные устройства (справочник) (стр. 13 )

Особенностью применения усилителя в различных устройствах является использование различных схем балансировки. На рис. 1.308 представлена наиболее распространенная схема балансировки. В этой схеме емкость корректирующего конденсатора Ск<50 пФ., Другой вид схемы балансировки представлен на рис. 1.309. Использование усилителя в качестве повторителя можно осуществить с помощью двух схем, приведенных на рис. 1.310 и 1.311. В этих схемах по-раз­ному включены корректирующие конденсаторы.

Глава 2

ЭКВИВАЛЕНТЫ РАДИОЭЛЕМЕНТОВ

Возможность изменения характеристик радиоэлементов с помощью электронных схем дает возможность расширить диапазон применения этих элементов. Например, включение конденсатора по­стоянной емкости в цепь ООС усилителя позволяет получить экви­валентную емкость конденсатора, в коэффициент усиления раз превы­шающую емкость конденсатора. При регулируемом коэффициенте усиления можно создать эквивалент конденсатора переменной емко­сти с такой максимальной емкостью, которую практически невозмож­но получить у конденсатора. С ломощью транзисторных схем можно изменять не только емкость конденсаторов, но и сопротивление рези­сторов. Этому вопросу уделяется большое внимание в микроэлектро­нике, поскольку технологические ограничения препятствуют изготов­лению элементов с большими номиналами. Для получения эквива­лентных конденсаторов и резисторов применяют транзисторные схе­мы. Индуктивные же элементы моделируются схемами на ОУ. Одна из таких схем — гиратор превращает емкость конденсатора в индук­тивность. Вопросу преобразования реактивных элементов в периоди­ке уделяется большое внимание. Одним из вопросов, решаемых элек­тронными схемами, является создание потенциометров, управляемых дистанционно с помощью постоянного напряжения. В качестве управ­ляющих элементов в таких схемах применяют биполярные и полевые транзисторы.

1. РЕЗИСТОРНЫЕ МОСТЫ

Декада магазина сопротивлений на четырех резисторах. Де­када состоит из четырех резисторов трех номиналов. На основе дека­ды можно создать магазин сопротивлений со ступенью в 1 Ом. Число ступеней 10. Для получения ступени магазина в 10 Ом необходимо применить резисторы сопротивлением 10, 20, 40 Ом (рис. 2.1).

Декадный магазин сопротивлений. Схема магазина сопротивле­ний имеет шесть резисторов по 2 Ом (рис. 2.2). Декада имеет десять ступеней по 1 Ом. Для получения декады со ступенью в 10 Ом необ­ходимо применить резисторы по 20 Ом. Получение ступени в 100 Ом требует резисторов сопротивлением 200 Ом.

Резисторные мосты. Мостовая схема имеет вход, не связанный с общей шиной, и аналогичный выход. Для включения ее в общую электронную схему необходим незаземленный источник питания по­стоянного или переменного тока. На рис. 2.3, а приведена простая мостовая схема. Выходное напряжение моста при малых изменениях сопротивлений плеч определяется формулой

Рис. 2.1 Рис. 2.2

Ток в диагонали моста равен Iо=(Uвх/4R)Дr, где сопротивление диа­гонали моста

На рис. 2.3,6 приведена схема двойного моста, для которого

при (R5 — R8)>(R1 — R4).

Схема моста с ОУ приведена на рис. 2.3, в. При R1=R3, R2=R4 K=ДR4/(R3 + R4). .

На рис. 2.3,г показано включение моста ка входе ОУ. Выходное напряжение определяется Uвыx = (R5/R) t0 при R5>R и R5=Rв. Для разных плеч моста усилитель имеет разное входное сопротивление. В этой схеме необходимо иметь попарную регулировку резисторов.

На рис. 2.3, д показана схема, где регулировка резисторов отсут­ствует. Однако этот мост должен иметь незаземленный входной ис­точник. Выходное напряжение Uвых= (1+R5/R4)Uм, где Uм — напря­жение моста. Он может регулироваться в широких пределах. Значи­тельно большие возможности у схемы рис. 2.3, е. Эта схема имеет большое входное сопротивление. Коэффициент передачи определяет­ся выражением K=l + (R5+R1)/R6. Его можно регулировать в ши­роких пределах. При R8=R11 и R9=К10 ОУ DAB имеет коэффициент усиления, разный единице. Этот усилитель объединяет выходы пре­дыдущих усилителей.

Резнсторный мост в цепи ОС усилителя. Уравновешенный мост, изображенный на рис. 2.4, а, имеет большую нелинейность при значительном отклонении сопротивления одного из резисторов от сопро­тивления другого. Так,

или U12 = 0,25Ea[l — a/2 + a2/4 — ...], где а=ДR/R. Зави­симость проиллюстрирована кривой 1 на графике рис. 2 4, в.

Рис. 23

Рис. 2.4

При включении моста в цепь ООС (рис. 2.4, б) изменение выход­ного сигнала от изменения сопротивления резистора определяется линейной зависимостью UВых= — (ДR/2R)E. Эта зависимость показа­на прямой 2 на рис. 2.4, в.

Линейный мост с ОУ. Схема моста показана на рис. 2 5. Для по­лучений линейной зависимости выходного сигнала от изменения со­противления резистора моста, который собран на R1 — R4, применя­ется ООС. Эта связь осуществля­ется первым усилителем, выход­ной сигнал которого меняет ток, протекающий по цепи Rl, R2. Уравнение для первого ОУ:

Uвыхl/E = R2/R1-(R2+R1) R4/(R3 + R4)R1 при R3=R4UBblX/E=[R2/Rl-l]/2.

Рис. 2.5

Отсюда следует, что UВых прямо пропорционально измене­нию R2.

Для второго ОУ (DA2) необходимо иметь на выходе нуль при коэффициенте усиления K=R6/R5. Для этого следует выполнить ус­ловие E/Uвыx = R6/R5. Тогда 2/K=(R2/R1) — 1 или R1=R2K/(К+2).

Погрешности измерительного моста. Для питания моста исполь­зуется выходное напряжение интегральной микросхемы. Измеритель­ным элементом является резистор R5. При изменении сопротивления резистора R5 происходит рассогласование моста. Напряжение рас­согласования усиливается интегральной микросхемой и вновь подает­ся на мост. Эта цепь является цепью ООС. Чувствительность схемы зависит от коэффициента усиления усилителя и его входных токов. С учетом коэффициента усиления усилителя баланс места возможен при сопротивлении резистора R5, определяемом следующим выраже­нием:

где R'5=R1(R6 + R4a)/[R2+R4(l — a)]; a — коэффициент подстройки резистора R4, изменяемый от 0 до 1.

Для ОУ К153УД1 с K=2*104 отклонение R5 от R'6 будет состав­лять 0,02 %. Влияние разности входного тока усилителя можно оце­нить выражением

поскольку выполняется условие равенства сопротивлений на входах ОУ, то

В связи с тем, что на входах схемы стоят резисторы с сопротив­лением меньше 1 кОм, то при разностном токе 0,3 мкА погрешность будет менее 0,1 %. Для стабилизации работы ОУ к нему необходимо подключить следующие элементы: между выводами 5 и 6 С= = 220 пФ, между 1 и 8 — последовательную цепочку К — 1,5 кОм, С = = 100 пФ. Описанная схема представлена на рис. 2.6.

Рис. 2.6 Рис. 2.7

Неуравновешенный мост. В уравновешенных мостах выходное напряжение при изменении сопротивлений плеч является нелинейной зависимостью. Для уравновешивания моста необходимо поддержи­вать постоянным ток через резисторы R3 — R5. Тогда Uаб = ДRR2/(R1+R2)=KДR. Стабилизация тока осуществляется посред­ством сигналов рассогласования ОУ. К выходу усилителя подключен эмиттерный повторитель, который обеспечивает необходимый ток моста (рис. 2.7).

2. ПОТЕНЦИОМЕТРЫ

Каскадное включение потенциометров. При каскадном включении нескольких потенциометров приходится уделять внимание влиянию одного потенциометра на другой. Транзисторная схема включения потенциометров позволяет избавиться от этого влияния. С помощью цепочки VDJ, КЗ в базе транзистора (рис. 2.8) устанав­ливается определенный потенциал, который влияет на протекающий через транзистор ток. Точное значение коллекторного тока устанав? ливается потенциометром R1. Максимальное значение этого тока определяется резистором R2. Для указанных на схеме номиналов ре-зисторрв максимальный ток равен 10 мА, а минимальный ток — 1 мА. При максимальном токе напряжение в коллекторе равно 10 В, а при минимальном токе — 1 В. В результате на потенциометре R5 напряжение меняется от 0,1 до 1 В. Выходное напряжение схемы стабилизировано и не зависит от номинала входного источника пита­ния, если оно превышает 15 В.

Рис. 2.8 Рис. 2.9

Потенциометр с квадратичной характеристикой. Выходное на­пряжение, которое снимается с потенциометра, изменяется по квад­ратичному закону в зависимости от угла поворота подвижного кон­такта. Напряжение меняется от 0,16 до 8,5 В. Точность установки выходного напряжения выше 1 % (рис! 2.9).

Сопротивление полевого транзистора. Сопротивление полевого транзистора меняется в зависимости от напряжения на затворе. Вид функции fc = f(Ucn) показан на рис. 2.10, а. Эта зависимость нелинейна. Включение двух резисторов в цепь ОС выравнивает ха­рактеристики полевого транзистора (ряс. 2.10,6). Сопротивления ис­пользуемых резисторов зависят от типа полевого транзистора.