Лекция 10. Устройства аналоговой обработки сигналов

Содержание лекции:

– инвертирующий и неинвертирующий усилитель;

– решающие усилители: сумматор, интегратор, дифференциатор, логарифмирующий усилитель;

– компаратор и триггер Шмидта.

Цели лекции:

– изучение работы схем решающих усилителей;

– изучение особенностей компаратора и триггера Шмидта.

В операционных усилителях обычно используется отрицательная обратная связь, т.к. без нее даже при коэффициент усиления стремится к бесконечности и может достичь предельного значения.

Отрицательная обратная связь позволяет создать схему с заданными функциями, достичь нужного коэффициента усиления, повысить стабильность и устойчивость схемы, добиться необходимых и и уменьшить линейные и нелинейные искажения.

На рисунке 10.1 приведена схема инвертирующего усилителя. Определим коэффициент усиления каскада.

Примем допущения:

; ; (10.1)

. (10.2)

Так как , то . Следовательно, точку А можно считать закороченной на землю. По первому закону Кирхгофа , а так как , то и . Определим коэффициент усиления инвертирующего усилителя

. (10.3)

Из (10.3) видно, что коэффициент усиления инвертирующего усилителя не зависит от параметров ОУ, а определяется только видом обратной связи. Здесь имеет место параллельная отрицательная обратная связь по напряжению. Если , то усилитель (рисунок 10.1) является инвертором. Для симметрирования (уравнивания) входных токов ставится резистор R, который определяется как параллельно соединенные R_ос и R₁

.

На рисунке 10.2,а представлена схема неинвертирующего усилителя.Цепь R_ос–R₁ создает последовательную ООС по напряжению. Входной сигнал подается на неинвертирующий вход. По аналогии с выводом 10.3 определим Если и (рисунок 10.2,б), то это повто-ритель напряжения. Име-ет место 100% последо-вательная ООС по нап-ряжению. Сигнал на вы-ходе повторяет входной.

На рисунке 10.3 показан инвертирующий сумматор, из которого следует На рисунке 10.4 показан инвертирующий интегратор.

Из условия (10.1) следует, что . Ток через конденсатор равен

,

входной ток .

Так как выполняется условие (9.2), и . Следовательно,

;

.

После интегрирования получим .

линейно зависит от , т.е. схема интегратора является простейшей схемой генератора линейно изменяющегося напряжения.

На рисунке 10.5 приведена схема инвертирующего дифференциатора, где ток через R_ос равен , а

ток через емкость С равен .

Так как входной ток равен нулю, то и .

Отсюда .

Для логарифмирующего усилителя, приведенного на рисунке 10.6

,

где , .

Следовательно, . Отсюда

Компаратор аналоговый (см.рисунок 10.7,а) применяется для сравнения аналогового сигнала с опорным напряжением.

На рисунке 10.7,а на неинвертирующий вход подано опорное напряжение U_оп, на инвертирующий вход ‑ аналоговый сигнал U_вх.

При этом выполняются условия (см. рисунок 10.7,б – передаточная характеристика ОУ):

если: U_вх< U_оп, то ,

если: U_вх> U_оп, то .

При равенстве U_вх= U_оп, U_вых = 0. Так как коэффициент усиления ОУ сотни тысяч, то выход компаратора переключается на противоположное значение.

На рисунке 10.8 приведены временные диаграммы входных и выходного напряжений компаратора, которые иллюстрируют его работу.

Дата добавления: 2017-02-01