.
(3.60)
Если на все входы подать сигналы одновременно, то применение принципа суперпозиции дает:
(3.61)
Из (3.61) следует, что выходное напряжение равно инвертированной сумме подведенных ко входам напряжений с постоянными коэффициентами. Если взять одинаковые резисторы R1 = R2 = … = Rо.с., то (3.61) примет вид
uвых = - (u1 + u2 + … + un) . (3.62)
Следовательно, схема на рис. 3.31 представляет инвертирующий аналоговый сумматор напряжений.
Разработаны схемы и методики расчета неинвертирующих сумматоров, а также сумматоров с инвертирующими и неинвертирующими входами [1, 17].
Интегратор. Схема интегратора на ОУ приведена на рис. 3.32. Как и во всех инвертирующих схемах, потенциал точки суммирования равен нулю. На основании формулы определения емкости
(3.63)
Дифференциатор (рис. 3.33) создает выходное напряжение, пропорциональное скорости применения напряжения источника сигнала. На основании формулы определения емкости и ее включения на рис. 3.33
(3.64)
Продифференцировав (3.64), получаем
(3.65)
Логарифматор (рис. 3.34) вырабатывает выходное напряжение uвых, пропорциональное логарифму напряжения источника сигнала uГ. Для этого в схеме на рис. 3.34 используется вольт-амперная характеристика полупроводникового диода (1.43)
,
откуда следует, что
(3.66)
Применительно к схеме на рис. 3.34 (3.66) имеет вид
(3.67)
В реальных логарифматорах вместо диодов используются транзисторы. Для повышения точности логарифмирования и обеспечения стабильности схемы содержат дополнительные элементы [6].
Антилогарифматор (рис. 3.35) реализует экспоненциальную зависимость выходного напряжения uвых от напряжения источника сигнала uГ. При положительном uГ через диод течет ток
, (3.68)
а на выходе ОУ появится напряжение
(3.69)
(3.68)
Как и в случае логарифматоров, практические схемы антилогарифматоров сложнее показанной на рис. 3.35 [17].
Перемножитель. Имея возможность получать значения логарифмов сомножителей, можно построить схему перемножителя двух напряжений на основе соотношения
ln (u1 × u2) = ln u1 + ln u2 .
Такая схема показана на рис. 3.36. Логарифмы напряжений u1 и u2 суммируется для получения величины, равной
ln u1 + ln u2 = ln (u1 × u2) .
Затем для нахождения произведения u1×u2 находится антилогарифм от полученной суммы. В результате выходное напряжение
uвых = u1 × u2 . (3.70)
Выпускаются интегральные микросхемы перемножителей. Некоторые могут работать только при одной полярности сигналов на одном из входов, их называют двухквадрантными. Четерехквадрантные перемножители работают при любой полярности сигналов на обоих входах.
Перемножители используются в схемах модуляторов, демодуляторов, фазовых детекторов, в аналоговых вычислительных устройствах и т.д.
Гиратор - это имитатор катушки индуктивности, реализуемый путем включения RC-цепи в обратную связь с ОУ. Иногда гираторы называют синтезируемыми индуктивностями.
Использование схемы гиратора позволяет реализовать большую индуктивность в небольшом по размерам, легком и недорогом корпусе. Такие "активные катушки индуктивности" могут быть использованы в некоторых классических типах фильтров вместо обычных катушек. Назначение гиратора состоит в том, чтобы, используя напряжение на конденсаторе, заставить напряжение и ток на входе схемы вести себя подобно напряжению и току в катушке индуктивности.
Основные недостатки гираторов: 1) только немногие из них могут работать на частотах, превышающих несколько килогерц; 2) схемы гираторов, не требующие заземления одного из выводов, оказываются весьма сложными.
3.14. Усилители мощности
Мощность, потребляемая малосигнальными каскадами от источников питания, невелика, поэтому коэффициент полезного действия h каскада играет второстепенную роль. Когда отдаваемая в нагрузку мощность полезного сигнала становится большой, возникает вопрос экономии энергии питания. Для этого прежде всего следует уменьшить мощность, выделяющуюся в самом каскаде. Режим работы апериодического каскада, при котором рабочая точка выбирается в середине линейного участка передаточной вольт-амперной характеристики (рис. 3.37), обеспечивает минимальные нелинейные искажения, но является неэкономичным. В отсутствие сигнала в таком каскаде выделяется мощность U20I20 и максимально возможный к.п.д. может приближаться лишь к 25%. Такой линейный режим активного элемента называется режимом А.
Каскад становится существенно более экономичным, если начальную рабочую точку расположить в самом начале передаточной вольт-амперной характеристики усиления (рис. 3.38). Это так называемый режим В.
Мощность, выделяемая в каскаде, работающем в режиме В, при отсутствии сигнала мала. Однако в этом случае каскад способен усилить сигналы только одной полярности или только одну полуволну гармонического сигнала. Чтобы усилить сигнал полностью, применяют двухтактные схемы, в которых положительные составляющие сигнала усиливаются одним активным элементом, а отрицательные - другим. В нагрузке Rн эти усиленные компоненты складываются таким образом, что восстанавливается первоначальная форма сигнала.
На рис. 3.39,а показана принципиальная схема усилителя мощности - двухтактный эмиттерный повторитель на комплементарной паре транзисторов. Комплементарной (т. е. взаимодополняющей) называют пару транзисторов, имеющих очень близкие характеристики и противоположные структуры (nрn- и рnр-, n- и р-каналы). Работа схемы иллюстрируется графиками на рис. 3.39,б. Транзистор VT1 открывается при положительных значениях сигнала, а транзистор VT2 - при отрицательных. При нулевом входном напряжении оба транзистора закрыты и от источника питания энергия не потребляется.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.