Основные понятия и определения электроники. Компонентная база электроники, страница 16

R C

Полосовые фильтры характеризуются полосой пропускания Dw и добротностью Q

w⁰           ,         (4.14)  Dw=w_в -w_н ;     Q ⁼ _{wв -wн}

где w_в и w_н – соответственно, верхняя и нижняя частоты, которые определяются из АЧХ, как показано на рис. 4.10.

Чем меньше полоса пропускания, тем выше добротность фильтра.

Полосовые фильтры применяются в измерительных устройствах для выделения нужной гармонической составляющей измеряемого сигнала, например, первой гармоники 50 Гц напряжения электрической сети.

4.6. Генератор гармонических колебаний

Схема генератора гармонических колебаний на основе двойного Т-образного моста приведена на рис. 4.11.

Рис. 4.11. Схема генератора гармонических колебаний

В основе данной схемы принят инвертирующий усилитель с отрицательной обратной связью в виде двойного Т-образного моста.

В данной схеме помимо отрицательной обратной связи имеется положительная обратная связь, реализованная на резисторах R₆ и R₇ , суть которой заключается в следующем. Часть выходного напряжения прибавляется на неинвертирующем входе ОУ к имеющемуся там напряжению, и результат сложения усиливается ОУ во много раз. Таким образом, выходное напряжение ОУ стремится к неограниченному возрастанию. Однако генератор гармонических колебаний содержит и отрицательную обратную связь, глубина которой приблизительно равна глубине положительной обратной связи, что приводит к появлению периодического напряжения на выходе схемы. При этом двойной Т-образный мост выделяет гармоническую составляющую требуемой частоты в соответствии с формулой (4.13), и выходное напряжение имеет синусоидальную форму. Условия самовозбуждения генератора: выходной сигнал с генератора по цепи обратной связи должен поступить на его вход с тем же значением фазы и неизменным значением амплитуды. Входное напряжение для этой схемы не требуется, а энергия потребляется из источника питания ОУ.

4.7. Компаратор и триггер Шмитта

Компаратор (comparator) – это устройство для сравнения аналоговых напряжений. ОУ без обратных связей работает по принципу компаратора. Схема компаратора и его диаграммы работы приведены на рис. 4.12.

                                                                                  Uоп             Uвх

Рис. 4.12. Схема компаратора и его диаграммы работы

Как правило, сравниваются изменяющееся входное напряжение

U_вх с неизменным опорным напряжением U_оп . Если U_вх >U_оп, то на выходе компаратора появляется отрицательное напряжение насыщения ОУ U_нас^- . Если U_вх <U_оп , то на выходе компаратора появляется отрицательное напряжение насыщения ОУ U_нас⁺ . Выходной сигнал компаратора фактически является цифровым сигналом.

Компараторы применяются в устройствах измерения, автоматики и защиты. Недостатком компаратора является дребезг на границе срабатывания, когда входное напряжение нестабильно, как показано на рис. 4.12. Этого недостатка лишен триггер Шмитта (Schmitt trigger), схема и передаточная характеристика которого приведены на рис. 4.13.

Рис. 4.13. Схема и передаточная характеристика триггера Шмитта

Триггер Шмитта отличается от компаратора наличием положительной обратной связи, реализованной на резисторах R₁ и R₂ . Благодаря положительной обратной связи переключение триггера Шмитта происходит не в момент равенства входного и опорного напряжений, как в компараторе, а при напряжениях срабатывания U_ср и возврата U_вз, которые различны по значению. Передаточная характеристика триггера Шмитта представляет собой прямоугольную петлю гистерезиса. Чем шире петля гистерезиса, тем меньше влияние нестабильности входного напряжения на переключение триггера. Ширина петли гистерезиса DU _г зависит от значений сопротивлений R₁ и R₂

                                             DUг = 2 R R+1R2 Uнас.                          (4.15)

1

Триггер Шмитта – один из основных элементов выходных органов электронных устройств автоматического управления и релейной защиты. Его применяют также для реализации импульсных генераторов – мультивибраторов и одновибраторов.