Преобразователь "напряжение - ток".

Дата: 2025-06-02; Просмотры: 10
Оценка:
0.00 из 5.00 — оценок
Скачиваний: 0

Приведенной принципиальной схеме такого преобразователя показанного на рис.1. коллекторный ток транзистора VT4 определяется выражением:

Ikvt4 = Uвх/R1.

Этот ток вызывает падение напряжения на переходе коллектор - эмиттер транзистора VT1. Так как VT1 и VT2 — одного типа, то напряжение на VT2 будет аналогичным, и, соответственно, протекающий через VT2, VT3 ток будет совпадать с током в VT4.

Максимальный выходной ток определяется допустимой мощностью рассеивания транзистора VT3. Для токов выше 5 мА нелинейность преобразования составляет не более 1%. В качестве DA1 можно использовать любой ОУ серий К544. К574, включенный по типовой схеме.

Преобразователь "ток-напряжение".

Принципиальная схема преобразователя ток-напряжение показана на рис.2. Он построен по принципу усиления напряжения, которое возникает при протекании тока через резистор R6. Схема обеспечивает работу согласно формуле:

Uвых = К*Iвх.

Коэффициент преобразования схемы можно узнать по формуле:

К = R6*(R3/R4).

Для настройки ОУ при Iвх = 0 служит резистор R2. Часть входного тока ответвляется в цепь R1, R2, R3. Резистор R6 самодельный проволочный выполненный из нихрома.

39. Сумматоры и вычетатели. Неинвертирующий сумматор (схема). Недостаток. Инвертирующий сумматор (схема). Достоинства и недостатки. Применение. Вычетатель.

Инвертирующий и неинвертирующий сумматоры

Инвертирующий сумматор

Неинвертирующий сумматор

Инвертирующий сумматор формирует алгебраическую сумму нескольких напряжений и меняет ее знак на обратный.

Если отдельным входным напряжениям надо придать раз­личные веса, то используется схема суммирования с масштаб­ными коэффициентами. Используется для суммирования сигналов, для цифро-аналогового преобразователя. В сумматоре отсутствует взаимное влияние источников сигналов.

В схеме сумматоров переменным параметром является сопротивление обратной связи Rо.с, которое и определяет коэффициент усиления.

Достоинство инвертирующего сумматора: невлияние источников питания друг на друга, возможность усиления (ослабления) сигнала до необходимого уровня.

Недостатки инвертирующего сумматора: относительно низкое входное сопротивление, которое тем меньше, чем выше необходимый коэффициент усиления.

Используется для суммирования аналоговых сигналов, а также простейших АЦП.

Вычитатель.

Условия, выполнение которых необходимо для правильной работы этой схемы сводятся к тому, чтобы сумма коэффициентов усиления инвертирующей части схемы была рав­на сумме коэффициентов усиления ее неинвертирующей части. Другими словами, инвертирующий и неинвертирующий коэф­фициенты усиления должны быть сбалансированы.

Используются для вычитания аналоговых сигналов, в качестве ДУ.

Недостаток: разные входные сопротивления по НИ и И

 

Пассивный сумматор.

Недостатки: взаимное влияние источников сигнала друг на друга;

необходимость согласования уровней.

Активный неинвертирующий сумматор.

Достоинства: позволяет усилить сигнал до необходимого уровня.

Недостаток: влияние источников сигнала друг на друга.

 

40. Интегратор и дифференциатор. Схемы. Применение.


Интегратор

На основе ОУ можно строить почти идеальные интеграторы на которые не распространяется ограничение Uвых « Uвх. Входной ток Uвх/R протекает через конденсатор С. В связи с тем что инвертирующий вход имеет потенциальное заземление, выходное напряжение определяется следующим образом:

Iвых=Iс; -CdUвых/dt,

Линейность напряжения и спада выходного напряжения интегратора определяется стабильностью тока заряда и разряда С1 .R2 для устранения U0 , которое может быть обусловлено зарядом с токами утечки при отсутствии входного сигнала. Для пилообразного напряжения параллельно С1 устанавливается эл.ключ, который разряжает С1 в заданный момент времени. Используется в генераторах пилообразного и треугольного напряжения, а также в качестве звена фильтра низких частот 1-го порядка.

Дифференциатор

Дифференциаторы подобны интеграторам, в них только меняются местами резистор R и конденсатор С. Инвертирующий вход ОУ заземлен, поэтому изменение Uвх некоторой скоростью вызывает появление тока I = C(dUвх/dt) а следовательно, и Uвых = - RC(dUвх/dt).

 
Рис.8.11
а)
б)


Для интегратора и дифференциатора на инвертирующий вход подаются прямоугольные импульсы с выхода симметричного мультивибратора. На рисунке, а приведен электрический аналог и на рисунке,б временные диаграммы, поясняющие принцип дифференцирования и интегрирования в электрических и электронных цепях.

U вых = - I ос R ос

I ос = C · dU с / dt

U с = U вх

U вых = - R ос C · dU вх / dt

Используется для выделения переднего и заднего фронтов сигнала, а так же в качестве звена ФВЧ первого порядка. Эти схемы обеспечивают линейные нарастание и спад выходных сигналов при прямоугольных сигналах на входе, т.к. заряд и разряд конденсатора осуществляется постоянным током (т.к. Uвх=0). В генераторе разверток.

41. Компараторы (устройства сравнения). Схемы. Недостатки.

Компаратор (без гистерезиса) – устройство сравнения двух сигналов. Компаратор изменяет скачком уровень выходного сигнала, когда непрерывно изменяющийся во времени выходной сигнал становится выше или ниже определенного уровня. Компараторы бывают цифровые и аналоговые (сравнивает напряжения)

Диоды служат для защиты входов ОУ от перегрузки напряжения. При U = 100В диоды не открываются.

Часто на одном входе компаратора фиксированное Uвх. Компаратор сравнивает входные напряжения и усиливает их разность с Ки = 104 -105. Т.е. при малейшем превышении одного сигнала над другим на выходе получаем max сигнал положительной или отрицательной полярности. Благодаря высокому коэффициенту усиления схема переключается при очень малой величине разности напряжений U1 – U2, поэтому она пригодна для сравнения двух напряжений с высокой точностью.

Работа компаратора при сравнении двух напряжений поясняется диаграммой:

 

С целью увеличения быстродействия в специализированные компараторы (СА) вводят дополнительные форсирующие Re цепочки, которые могут приводить к возникновению нелинейности при работе ОУ, что несущественно для компаратора. Т.е. ОУ может работать как компаратор.

Недостаток компаратора: недостаточно чёткое срабатывание при медленно изменяющихся и защищённых входных сигналах.

Для решения этой задачи используется триггер Шмитта (компаратор напряжений с гистерезисом) – компаратор на ОУ с положительной ОС.

 

 

 

42. Триггер Шмидта (компаратор с гистерезисом). Схемы. Недостаток.

Триггер Шмитта функционально является компаратором, уровни включения и выключения которого не совпадают, как у обычного компаратора, а различаются на величину называемую гистерезисом переключения.

Триггер Шмитта на транзисторах

Триггер Шмитта на ОУ и его выходная характеристика

 

В схеме триггера Шмита гистерезис переключения достигается тем, что компаратор охватывается положительной обратной связью через делитель напряжения R27, R28. Если на инвертирующий вход подать большое отрицательное напряжение Uвх, то выходное напряжение компаратора составит Uвых = Uвых.мах. На неинвертирующем входе потенциал будет составлять U+мах=Uвых.мах·R28/(R28+R27). При повышении входного напряжения Uвх величина выходного напряжения сначала не меняется. Но как только Uвх достигнет значения U+мах выходное напряжение начинает падать, в вместе с ним снижается и потенциал U+мах на неинвертирующем входе. Благодаря действию положительной обратной связи Uвых скачком падает до величины Uвых.min, а потенциал U+ принимает значение U+min= Uвых.min·R28/(R28+R27). Разность напряжений между входами будет достаточно большой отрицательной величиной, и достигнутое состояние – стабильным. Теперь выходное напряжение изменится опять до значения Uвых.мах только тогда, когда входное напряжения достигнет значения U+min.

Из выше сказанного следует, что величина гистерезиса переключения определяется по формуле: …..

Используется в качестве компаратора для медленно изменяющегося или зашумленного сигнала с целью исключения многократного перебрасывания.

 

43. Генераторы синусоидальных колебаний. Условия для работы схемы в режиме генерации.

Генераторами называются электронные схемы, преобразующие энергию источника питания в переменный ток требуемой формы, амплитуды и частоты. Генератор можно получить из усилителя, охватив его положительной ОС, обеспечивающим устойчивый режим самовозбуждения на требуемой частоте. Автогенераторами называют генераторами с независимым возбуждением.

Усиление – это процесс преобразования энергии источника питания по закону входного сигнала, а генераторы осуществляют преобразование энергии источника питания в переменное напряжение требуемой частоты.

Блок схема= усилитель, на входе ПОС

Для возникновения генерации необходимо выполнение двух условий:

1. баланс фаз – фазовые сдвиги сигнала, создаваемые усилителем и звеном ПОС должны быть кратны .

2. баланс амплитуд – произведение коэффициента усиления и коэффициента ОС , т.е. усилитель должен компенсировать все потери с цепи ОС. Эти условия должны выполняться только на одной частоте.

Кроме того, для получения сигнала неискаженной формы необходимо, чтобы . Когда амплитуда достигнет максимально возможной, необходимо выполнение равенства, иначе сигнал теряет синусоидальную форму и возникают нелинейные искажения. Если происходит затухание колебаний (а если сразу, то генератор даже не возбудится), если , то возникает прогрессирующее нарастание амплитуды сигнала на входе и выходе до ее ограничения, обусловленного напряжением источников питания и форма сигнала отлична от синусоидальной.

Равенство соответствует установившемуся режиму и возможно только при некотором соотношении коэф. ООС и ПОС.

Эти все условия должны выполняться на одной частоте.

LC-генератор

 

f = k 1 => Достоинства: достаточно высокая стабильность частоты (нестабильность ) [ ]

Недостатки: высокая восприимчивость к э/м помехам построение таких генераторов на частоте ниже нескольких десятков кГц становится нерациональным ввиду увеличения габаритов и массы элементов колебательного контура. Для диапазона низких частот применяются RC-генераторы.

 

44. Генераторы гармонических сигналов. Схема. Достоинства и недостатки.

Генератор синусоидальных колебаний на ОУ ( LC -генератор)

Баланс фаз означает, что колебания в замкнутой системе могут возобновляться только тогда, когда фаза выходного напряжения схемы ОС и фаза входного напряжения совпадают. Баланс амплитуд означает, что для возбуждения генератора усилителю необходимо компенсировать потери в схеме ОС.

Регулируя R1, добиваемся равенства ПОС и ООС, что выражается в наличии на выходе незатухающих и неискаженных гармонических колебаний.

.

 

 

 

45. RC -генераторы с мостом Вина. Схема. Достоинства и недостатки.