См 10 билет

24(1)

23(2)

23(1)

22(2)

Аналоговый перемножитель/делитель – это устройство, формирующее выходное напряжение или ток, которые пропорциональны произведению двух или более входных напряжений или токов.

рассмотрим умножитель логарифмического типа, показанный на фиг. 7.38, а. В данной схеме используются логарифмический и антилогарифмический усилители. Схема выполняет операции взятия логарифма от значения каждого входного сигнала, суммирования этих логарифмов и взятия антилогарифма от этой суммы. В результате получается напряжение, пропорциональное произведению входных напряжений. В обозначениях, принятых на фиг. 7.38, с, имеем

ез =/С, (1п ei-f In eg) =/Cl In 6,62 (7.32)

eo = /C2antiln- = /C2eie2. (7.33)

Частное от деления двух аналоговых сигналов можно получить посредством вычитания их логарифмов и взятия антилогарифма от этой разности.

Логарифмический метод умножения й деления может быть применен, разумеется, лишь при входных сигналах одинаковой полярности или, как это иногда называют, при работе в одном квадранте.

Анти-логариф-мичесний усилителель

Анти- логариф- \ мическийУ

Ф и г. 7.38. Умножение и деление логарифмическим методом, а-логарифмический умножитель; б-логарифмический делитель.

К сожалению, логарифмический умножитель обладает довольно сильной чувствительностью к изменениям окружающей температуры. До некоторой степени эту чувствительность можно компенсировать описанными ранее способами. Однако при все.х условиях трудно добиться общей погрешности меньше 1% даже в ограниченном интервале рабочих температур. Вместе с тем простота логарифмического метода делает его предпочтительным во всех случаях, когда достаточна точность 1-5% и не требуется строгая температурная компенсация.

Схемы ум­ножителей, построен­ные на основе диффе­ренциального каскада ■ с управляемым коэф­фициентом передачи:,а — с управляемым ис­точником тока; б — с тем­пературной стабилизацией

Сравнительно высокоточные четырехквадрантные умножители (имеющие погреш­ность 0,5 % и менее) с широкой полосой пропускания можно построить на основе диффе­ренциального каскада, коэффициент усиления которого изменяется пропорционально управляющему напряжению. На рис. 8.12, а показан наиболее простой вариант схе­мы такого умножителя.

Выходным параметром дифференциального каскада является разность коллектор­ных напряжений транзисторов Д£/к = At/Kl—At/K2. Так как Д/к(= а1А/э1)'А/э2 = = а2Д/э2, то при условии ах = а2 да 1 находим ДUK - A/Kl-RK — AIkZRk — RiJpUBxi /2фк, где /р = 2/sl = 2/э,. Отсюда следует, что коэффициент усиления диффе­ренциального каскада /£д к =At/K/"BXi пропорционален току /р, который задается управляемым источником тока У ИТ.

Задача обеспечения устойчивости работы усилительного аналогового устройства обеспечивает стабилизацию коэффициента усиления, АЧХ, ФЧХ.

Если усилитель теряет устойчивость, то он может перейти в режим самовозбуждения.

Потеря устойчивости проявляется в следующей форме:

1. На выходе усилителя появляется периодический сигнал, при этом на входе сигнал =0. Автоколебания возникают за счет малых колебаний шума. Такой усилитель называется устойчивым в малом.

2. Выходной сигнал при определенном входном сигнале резко увеличивается и далее не изменяется при любом изменении входного сигнала. Т.е. в усилителе устанавливается режим вынужденных колебаний. Такой усилитель устойчивый в большом.

Критерии устойчивости

F<1 - Положительная обратная связь

F>1 - Отрицательная обратная связь

широко пользуются и частотным методом оценки устойчивости, являющимся разновидностью критерия Найквиста. При этом методе в широкой полосе частот, многократно превышающей полосу пропускания усилителя, раздельно строятся и совместно рассматриваются АЧХ и ФЧХ петли ОС (рис. 4.17).

Рис. 4.17

Для устойчивой работы необходимо, чтобы на совпадающих частотах АЧХ и ФЧХ за пределами полосы пропускания усилителя, где j b _К*=0° (360°,720° и т.д.), модуль петлевого усиления был меньше единицы b К^*<1 (рис. 4.17 а). При невыполнении этого условия (рис. 4.17 б) устройство с ООС будет самовозбуждаться.

При построении АЧХ обычно используют логарифмический асштаб по обеим осям координат, т. е. коэффициент усиления Ыражается в децибелах. Для удобства анализа характеристики аппроксимируют в виде прямых.

Оценку усилительных свойств транзистора производим, используя по-

нятие площади усиления Π = K f

где K0 – коэффициент усиления каскада на средних частотах;

f – верхняя граничная частота по уровню 0,707. Площадь усиления используется и при расчете числа каскадов усилителя.

В выходном каскаде расчет площади усиления тесно связан с энергети-

ческим расчетом, поскольку при проведении последнего определяются тип

транзистора (по его мощности) и сопротивление нагрузки. Поэтому в некоторых случаях удобнее оценивать не площадь усиления, а непосредственно ко-

эффициент усиления и верхнюю граничную частоту:

Введение в каскад частотно-независимой обратной связи мало влияет

на площадь усиления. Верхняя граничная частота возрастает на столько, на

сколько падает усиление. Более того, площадь усиления даже несколько па-

дает, однако ее можно восстановить, используя слабую коррекцию, включив

параллельно Rэ

небольшую емкость.

Сказанное заметно упрощает расчет. Действительно, независимо от на-

личия частотно-независимой обратной связи и от ее предполагаемой глубины

можно найти площадь усиления для каскада без обратной связи, а затем, оп-

ределив коэффициент усиления с учетом обратной связи, вычислить верх-

нюю граничную частоту. Эмиттерную частотно-независимую обратную связь

проще всего учесть, если заменить на

При сборе информации и ее последующем преобразовании часто бывает необходимо зафиксировать значение аналогового сигнала в некоторый момент времени. Некоторые типы аналогово-цифровых преобразователей, например, последовательного приближения, могут давать совершенно непредсказуемые ошибки, если их входной сигнал не зафиксирован во время преобразования. При смене входного кода цифро-аналоговых преобразователей из-за неодновременности установления разрядов наблюдаются выбросы выходного напряжения. Для устранения этого явления на время установления также следует зафиксировать выходной сигнал ЦАП. Устройства выборки - хранения (УВХ) (слежения - хранения), выполняющие эту функцию, должны на интервале времени выборки (слежения) повторять на выходе входной аналоговый сигнал, а при переключении режима на хранение сохранять последнее значение выходного напряжения до поступления сигнала выборки. Схема простейшего УВХ приведена на рис. 15а.

Рис.15. Устройство выборки - хранения

Когда ключ S замкнут, выходное напряжение схемы повторяет входное, т.е. U_вых = U_вх (рис.15б). При размыкании ключа Uвых сохраняет свое значение, последнее перед размыканием. Выходной повторитель на ОУ препятствует разряду конденсатора хранения С_хр на нагрузку схемы. Входное сопротивление повторителя должно быть как можно больше, поэтому обычно применяют ОУ с полевыми транзисторами на входе.

Простейшая схема УВХ имеет ряд недостатков:

• При замкнутом ключе источник входного сигнала имеет значительную емкостную нагрузку. Если источником является ОУ, это обычно приводит к его самовозбуждению.
• ОУ с полевыми транзисторами на входе, применяемые в качестве буферных повторителей, имеют значительное смещение нуля.

огда коммутатор находится в замкнутом состоянии, потенциал выхода операционного усилителя ОУ₁ вследствие действия общей отрицательной обратной связи устанавливается таким, что Uвых отличается от U_вх на величину напряжения смещения ОУ₁. При этом смещение, возникающее из-за наличия коммутатора и ОУ₂, сводится к нулю. Диоды в этом состоянии схемы заперты, так как падение напряжения на них, равное указанному смещению, достаточно мало (<= 20мВ). При размыкании коммутатора управляющим сигналом выходное напряжение остается неизменным. Резистор R₁ и диоды предотвращают насыщение ОУ₁, которое могло бы возникнуть из-за размыкания общей отрицательной обратной связи в этом режиме. Это снижает время переходного процесса при замыкании коммутатора. Усилитель ОУ₁ обеспечивает высокое входное сопротивление УВХ. Он выполнен по схеме с биполярными транзисторами на входе, что легко позволяет получить смещение нуля схемы в пределах 5 мВ. Резистор R2 ограничивает ток заряда конденсатора хранения.

Основные характеристики УВХ:

Точностные характеристики.

1. Напряжение смещения нуля U_см, определяемое практически смещением нуля ОУ₁.
2. Дрейф фиксируемого напряжения при заданной емкости С_хр

d U_вых / d t= I_р / С_хр,

где I_р - ток разряда конденсатора. Он складывается из токов утечки конденсатора и коммутатора, а также из входного тока усилителя ОУ₂.

При заданном токе утечки величину дрейфа можно уменьшить путем увеличения емкости конденсатора С_хр. Однако это ухудшает динамические характеристики схемы.

Динамические характеристики.

1. Время выборки tв определяет, как долго при самых неблагоприятных условиях длится процесс заряда конденсатора хранения до величины входного напряжения с заданным уровнем допуска. Это время пропорционально емкости С_хр. Перевод УВХ в режим хранения до окончания интервала выборки чреват значительными ошибками.
2. Апертурная задержка t_а. Это период между моментом снятия управляющего напряжения и фактическим запиранием последовательного коммутатора.

Дата добавления: 2015-05-06