Лекция №19

Лекция № 18.

1.Генераторы импульсов на операционных усилителях.

Преобразователь напряжение – время, преобразователь напряжение – частота.

Генератор прямоугольных импульсов.

Строится на базе ОУ в режиме компарирования.

R

¥

C U₀ U_вых

R_Н

R₂

R₁

Рис.18.1.

U_вых

U_вых⁺ max

t

U_вых^- min

U⁺

t

U^-

(U_c)

t

Рис.18.2.

У симметричного мультивибратора t_U = t_ф.

U_c(t) = U_c() – [U_c() – U_c(0)];

U_c(0) = U_выхmax;

U_c() = U_выхmax;

Следовательно, t_U = τln (1 + 2);

f =;

<= 0.5;

Обычно R₁ = R₂.

Частота генерирующих импульсов не зависит от параметров ОУ, что обуславливает ее высокую стабильность.

R = R₁ || R₂ чтобы ошибка компарирования была меньше;

Ток на входе: I_вых = U_выхmax() <= I_выхmax;

Скважность: Q =;

Для меандра Q = 2 (R₁ = R₂).

Управляемые мультивибраторы.

Простейший преобразователь напряжение – частота.

Управляемые мультивибраторы – мультивибратор, в котором с помощью входного напряжения осуществляется управление частотой автоколебаний.

R₂

R₁

U^-

¥

U_вх С

U⁺ U_вых

R₄

R₃

Рис.18.3.

Заряд конденсатора осуществляется от внешнего сигнала через сопротивление R₁. При этом на выходе устанавливается напряжение положительного ограничения U_вых = U⁺ _выхmax, диод закрыт. Это продолжается до тех пор, пока U^- = U⁺.

Диод открывается и происходит разряд конденсатора.

Чем выше входной сигнал, тем скорее напряжение на конденсаторе достигает значения U⁺, тем меньше длительность импульса и выше частота.

Происходят автоколебания, частота которых зависит от U_вх.

ПНЧ

T₁ T₂

t_п

Рис.18.4.

t_п – время паузы;

U_вх > U_выхmax;

Функциональные генераторы (многофункциональные).

R₂ С

ДА₁ ДА₂

¥

¥

R₁

R₃

Рис.18.5.

Устройство на ДА1, ДА2 представляет собой интегратор.

U_вых2

U_вых1

Рис.18.6.

U_m2

t_пр

t_обр

Рис.18.7.

Вместо R₃ ставим следующее:

R₃^”

R₃^’

Рис.18.8.

R’₃* C >> R”₃* C;

Генератор пилообразного напряжения.

Они используются для создания развертки электронного луча на экране осциллографа, получения временных задержек временных сигналов, модуляции импульсов.

ГПН построен на интеграторе.

Е_пит

C

R₁ R₃

¥

VD1

U_вх

U_вых

R₂

Рис.18.9.

Интегрирующая RC-цепочка включена в ООС. ГНП управляется импульсами положительной полярности. Эти импульсы подаются на катод диода, анод которого соединен с неинвертирующим входом. На инвертирующий вход подано опорное напряжение U_оп.

U_вх

t_пр

t

U^-

γЕ_пит

t

U_вых

Е_пит⁺

t

Е_пит^-

t_пр t_обр

Рис.18.10

𝛾 =;

Параметры пилообразного сигнала:

1)амплитуда;

2)частота;

3)коэффициент нелинейности.

K_н =.

Это не автоколебательный генератор. Он требует входного сигнала питания.

Цифро-аналоговые и аналогово-цифровые преобраователи (ЦАП иАЦП).

ЦАП

Обычно для ЦАП применяется 2 схемы:

1) осн-е на двоично-взвешенных резисторах на входе ОУ (операционный усилитель)

2)осн-е на матрице реисторов R-2R

ЦАП со ввешенными реисторами.

Базовый элемент ОУ.

Рис.19.1

8,10,12….рарядные ОУ

Суммирующий ОУ

Рис.19.2

R₁=R

R₂=2R

R₃=4R

R=8R

Цифровые входы 0 или 1 подаются на баы ключей. Если на входе 1, то транистор открыт и по цепи чере открытый транзистор в существующую точку пост-ет ток, если 0 – транзистор закрыт, тока не поставляет.

Для преобразования двоичного кода в аналоговый сигнал формируют токи пропорциональные весом разряда и существуют те из токов, которые соответствуют не нулевым разрядам. Величина выходного напряжения равняется (пусть на входах везде)

1) U_вых=-U_оп(+ + +)= -U_оп, где п-разряд

Выходное напряжение пропорционально цифровому ходу на входе.

Резисторы должны быть очень точны, особенного старшего раряда. Относительный ход тока относительно ст-го разряда должен быть не более 1 меньшего разряда.

<

Большое значение имеет температурный коэффициент искажения.

ЦАП с цепочкой R-2R

Нет разброса резисторов, имеются резисторы только двух номиналов R и 2R.

Рис.19.3

Особенность матрицы резисторов в том, что сопротивление резисторов равно R.

I_вх= + + +

U_вых=- A

АЦП

АЦП преобразует аналоговое входное напряжение в пропорц. ему вход. Существует несколько методов АЦП:

1) метод последовательного приближения

2) параллельный метод
3) метод двойного интегрирования

Метод последовательного приближения.

Построен на базе ОУ, работает как компаратор.

Рис.19.4

n- размерность

t_пр=, где f_тг- частота тактового генератора = 1МГц

n=8

t_пр=

f_дискр

Метод имеет среднее быстродействие, при сравнении небольших аппаратных затратах.

Параметры АЦП и ЦАП:

1) число разрядов до 24

2) разрешенная способность – линейное изменение выходного напряжения при изменении входа на 1, то есть эта цена одного бита.

U_вх=10В

n=8

10\2⁸=10\256=40мВ

Следовательно, цена одного бита 40мВ

3) время преобразования – время от момента подачи входного сигнала, до момента, когда на выходе устанавливается цифровой сигнал.

Обычно АЦП имеет специальный сигнал – конец преобразования на выходном буфере.

Наибольшую погрешность дает АЦП, если он мало разрядный.

Основные погрешности АЦП.

Рис.19.5

1. Методические погрешности:

· Погрешности дискретизации

· Погрешность интегральной нелинейности: за счет различных факторов и характеристик ОУ, характеристика отличается от линейной.

Рис.19.6

· Погрешность диф-ой нелинейности

Рис.19.7

Дата добавления: 2014-01-06