Преобразователь тока в напряжение. Комплиментарный эмиттерный повторитель

2. Входной узел.

2.1. Напряжение преобразуется в ток с помощью преобразователя тока в напряжение (см. рис.1). Для этого используется резистор  (собственно преобразователь тока в напряжение) и не инвертирующий операционный усилитель (ОУ), с коэффициентом передачи равным . Выбор не инвертирующего ОУ обусловлен очень большим его входным сопротивлением (десятки МОм). Сопротивление  выбираем равным 1Ом, чтобы оно не влияло на входной ток. Тогда при максимальном токе в 100мА падение напряжение на нем равно 0,1В.

Рис.1. Преобразователь тока в напряжение.

 На выходе ОУ напряжение, соответствующее 0,1В должно соответствовать 5В на выходе ОУ. Тогда коэффициент передачи ОУ равен 50, что достигается выбором сопротивлений отрицательной обратной связи. Пусть , тогда , что равно 20.4кОм. Т.к. в ряду Е12 номиналов нет такого значения сопротивления, то  можно собрать из двух последовательно соединенных резисторов в 18кОм и 2.4кОм.

2.2. Напряжение на выходе первого ОУ подчиняется закону , где —переменная величина входного тока, а и —постоянные коэффициенты. Однако такая формула в конечном итоге не позволит получить частоту пропорциональную входному току (т.е. с увеличением тока частота на выходе функционального преобразователя будет уменьшаться).  Что иллюстрирует рис.2. , на котором видно, что для больших напряжений после первого ОУ, частота на выходе функционального преобразователя будет меньше и наоборот.

То есть, преобразователь тока в напряжение должен обеспечивать такое преобразование, когда максимальный ток (100мА) преобразуется в напряжение какой-то конечной минимальной величины.

Чтобы получить такую зависимость, когда с увеличением входного тока будет уменьшаться напряжение (а в конечном итоге будет увеличиваться и частота), лучше использовать зависимость, когда .  Для этого нужно использовать еще один ОУ, включенный после первого. Напряжение на выходе второго ОУ подчиняется выражению:

,

где опорное напряжение .

Учитывая принятое нами равенство , получим:

Приняв,  получим зависимость .

Для расчета делителя напряжения для получения  зафиксируем один из номиналов , тогда .

Таким образом, напряжение на выходе второго ОУ будет линейно изменяться от 6В до 1В, при изменение тока от 0 до 100мА, что иллюстрирует рис.3.

Рис.3.

2.3 Расчет токов потребления входного узла:

Ток в основном потребляет микросхема DA1 (выбранная для схемы  типа КР1040УД1) с максимальным током потребления 2,5мА. Токи потребления на резисторах незначительны, поэтому в расчет не берутся.

3. Функциональный преобразователь.

3.1. Функциональный преобразователь (ФП) предназначен для преобразования напряжения  в сигнал с треугольной формой, с частотой до 30 Гц для максимального напряжения (и 1Гц для минимального). ФП имеет аналоговую и цифровую часть, состоящую из следующих узлов:

-  первый и второй компараторы на ОУ с преобразователями аналоговых уровней в уровни ТТЛ (транзисторно-транзисторной логики);

-  RS триггер;

-  третий компаратор для преобразования уровней ТТЛ в аналоговые уровни;

-  интегратор для преобразования прямоугольных импульсов в пилообразные.

Пусть RS триггер находится в единичном состоянии, тогда на выходе третьего компаратора будет уровень равный минус 12В. Далее с помощью делителя напряжения  на вход интегратора подается напряжение в два раза меньшее, чем на выходе третьего компаратора. Напряжение на выходе интегратора линейно уменьшается и его значение сравнивается на втором компараторе с опорным напряжением в 0,828В. Когда напряжение на выходе интегратора станет меньше 0,828В, то сигнал на выходе второго компаратора станет 12В, что переключит RS триггер в нулевое состояние. Это приведет к тому, что на выходе третьего компаратора установится напряжение 12В и на выходе интегратора напряжение начнет линейно возрастать. Это взрастающее напряжение будет сравниваться с напряжением  на первом компараторе и когда оно достигает уровня , на выходе первого компаратора появится напряжение равное 12В. Это приводит к переключению RS триггера в единичное состояние, на выходе третьего компаратора появляется напряжение минус 12В, что приводит к линейному уменьшению на выходе интегратора, т.е. весь процесс повторяется с начала.