а) 1

R2 Юк

Рис. 49. Ограничитель со стабилитронами в цепи ОС (а) и его выг

ходная характеристика (б).

но большим внутреннего сопротивления стабилитрона и диода в проводящем состоянии, но • в то же время пренебрежимо ма1ым по сравнению с сопротивлением стабилитрона в запертом состоянии.

Следует отметить, что ограничители со стабилитронами в цепи обратной связи ОУ пригодны для работы на низких частотах.

26. Прецизионные выпрямители

Полупроводниковые диоды непригодны для выпрямления сигналов менее 1 В. Для получения заметной проводимости на кремниевые диоды нужно подать прямое смещение около 0,7 В, на германиевые - около 0,3 В.

При введении ОУ в выпрямительное устройство уменьшается неидеальность вольт-амперной характеристики диодов.

Схема однополупериодного выпрямителя (рис. 50, а) [1] позволяет уменьшить уровень открывания выпрямителя до значения менее 1 мВ. Для положительной полуволны сигнала выходное напряжение схемы равно нулю, так как диод Дг в этот период времени закрыт отрицательным выходным напряжением ОУ, а открытый диод Д1 и резистор Яз шунтируют резистор Rz, исключая его из цепи ОС. Для отрицательной полуволны сигнала диод Да открывается и выпрямитель работает как инвертирующий усилитель с коэффициентом передачи Ки=-Rz/Ri. Пороговое напряжение диода Дг делится на коэффициент усиления петли, который при Ri = R2 равен К. Следует отметить, что схема не является прецизионным выпрямителем, если сигнал подавать на вход ( + ), так как для отрицательного сигнала выходное напряжение равно -Ubx, а для положительного 4-t/Bx[(/?2 ?i)+ 1].

При добавлении в схему на рис. 50, а сумматора-инвертора получается схема двухполупериодного выпрямителя (рис. 50,6). В точке суммирования ОУз сигналы складываются и на выходе ОУа появляются только положительные полуволны.

Схемй на рис. 50, в [34] выполняет функции двухполупериодного выпрямления при подаче сигнала на входы { + ). Усилитель

2R20K

ивык Vi

C3 -, Ш 2R20K

Рис. 50. Прецизионные »""Р™™"-„„„„р„„ь,» с

сигналов, и 2-для отрид „ в то же время усили-

ГГГнЛГГ:" вТз;".а; «од,. оа.е™ ко,ффи.

циента передачи для отрицательного и положительного сигналов получается одинаковым. Схема имеет входное сопротивление порядка нескольких мегаом.

На рис. 50j г показана схема двухполупериодного выпрямителя на одном ОУ [35]. В зависимости от знака сигнала открывается диод Д1 или диод Да. Положительная полуволна входного сигнала через резисторный делитель подается на вход (+). Операционный усилитель при этом работает как неинвертирующий повторитель.

Выходное напряжение положительно:

Иъых = R (RIR + i)/(R + R) = fBx.

Отрицательная полуволна входного сигнала подается через резисторный делитель на вход (-). Операционный усилитель при этом работает как инвертирующий повторитель. Выходное напряжение положительно:

R + R R/2

Ток через диод Дз будет равен току через диод Д1 или Да. Падение напряжения на диоде Дз компенсируется падением напряжения на диоде Д1 или Да. Остаточная погрешность вызывается только неидентичностью характеристик диодов. При малых сигналах погрешности возрастают из-за резкого увеличения сопротивлений диодов.

27. Фазочувствительные выпрямители

Рассмотренные прецизионные выпрямители можно преобразовать в фазочувствительные выпрямители (ФЧВ), заменив диоды на ключи, коммутируемые в такт с частотой сигнала.

На рис. 51, а показана простая схема двухполупериодного ФЧВ. С помощью ключа /Ci периодически соединяется вход (-f) с землей. Когда ключ замкнут, 1/вых=-Ubx. Когда ключ разомкнут,

Ubux= + Ubx.

На практике обычно используются бесконтактные ключи, выполненные на биполярных или полевых транзисторах. Можно использовать, например, микросхемы 101КТ1, 143КТ1 и др.

• Схему на рис. 50, в можно превратить в ФЧВ, если заменить диоды на ключи К\ и Кг (рис. 51,6). Пусть в первый полупериод ключ /Cl замкнут; а Кг - разомкнут. В этом случае ОУ1 работает как неинвертирующий усилитель с коэффициентом передачи (ед-Ц=2.

Усилитель ОУг инвертирует это напряжение и усиливает в 2 раза. При положительном входном сигнале часть выходного напряжения составит -iUax.

Одновременно на вход ( + ) ОУг подается положительный сигнал, который усиливается в 3 раза, т, е. эта часть выходного напряжения составит 3£/вх. В результате выходное напряжение составит -Ubx.

/? Юк 2R гок

Рис. 51. Фазочувствительные выпрямители. а - двухполупернодный на одном ОУ; б - двухполупернодный с большим входным сопротивлением; в - форма выходного напряжения двухполупериодного выпрямителя с большим входным сопротивлением при изменении входного сигнала.

В следующий полупериод Kt разомкнут, Кг замкнут. В этом случае ОУ1 работает как неинвертирующий повторитель. В точке суммирования имеем сигнал -Ubx, который инвертируется ОУ2, часть выходного напряжения составит +Ubx. Одновременно на вход (-Н) ОУг подается отрицательный сигнал, который усиливается ОУг в 2 раза, т. е. эта часть выходного напряжения составит -2Ubx. Результирующее выходное напряжение составит -Ubx.

При смене фазы сигнала изменится полярность выходного напряжения (рис. 51,0). Достоинством схемы является большое входное сопротивление.

Описанные схемы можно использовать в качестве амплитудных модуляторов, если на вход подавать постоянное (медленно меняющееся) напряжение, а переменным напряжением коммутировать ключи.

28. Точный аналоговый ключ

Электронные ключи в состоянии «включено» имеют сопротивление около 100 Ом. Б некоторых случаях такое значение сопротив-

ления неприемлемо. Операционный усилитель уменьшает сопротивление открытого ключа до десятых долей ома.

Схема ключа [41] (рис. 52) открывается и закрывается противофазными управляющими напряжениями, подаваемыми на затворы

МОП-транзисторов. Когда Ti включен, а Тг выключен, выходное напряжение равно инвертированному входному сигналу. В этом положении ключ замкнут, его выходное сопротивление составляет примерно 0,1 Ом,

Когда ключ разомкнут {Ti выключен, Тг включен), выход ОУ подсоединяется к суммирующей точке. Нагрузка изолируется от входного сигнала и через резистор обратной связи практически подсоединяется к земле.

Рис. 52. Точный аналоговый ключ на основе ОУ и МОП-транзисторов.

29. Функциональный преобразователь

Всякую нелинейную функцию можно представить в виде дискретных линейных отрезков. Точность такой аппроксимации зависит от числа линейных отрезков. Используемые на практике диодные параллельные и последовательные ограничители имеют тот недостаток, что вследствие температурной зависимости вольт-амперных характеристик диодов изменяется положение точек излома на аппроксимированной кривой.

ивых

Si=~(Ro.cM-Io.c/Ri), S2 = - (Ro.c/,S3=-(Ro.c/R-Rc.c/Rz)

Рис. 53. прецизионный функциональный преобразователь (а) и его выходная характеристика (б).

Более общий метод аппроксимации нелинейных функций иллюстрируется на рис. 53 [1]. В этой схеме можно независимо изменять как положение точек излома аппроксимированной кривой, так и наклон (угловой коэффициент) прямолинейных отрезков. В схеме использованы прецизионные однополупериодные выпрямители (см. рис. 50, а), имитирующие характеристику идеального диода. Изломы на границах отрезков резкие (без закруглений), и их положение не зависит от температуры.

30. Логарифмические усилители

Для построения схем с логарифмической зависимостью используется вольт-амперная характеристика р-п-перехода. Эта характеристика имеет вид:

е (48)

где /о - обратный ток утечки /э-п-перехода; фт - термический потенциал.

Термический потенциал при 7=20 °С равен 26 мВ. При f/>26 мВ имеем:

1= loii

(49)

In / = In/о + (С Фт); (/ = фт(1п/ -1п/о). Выходное напряжение схемы на рис. 54, а равно напряжению на диоде с обратным знаком.

Ток через диод I=Ubx/R. Поэтому

У вых = - Фт Ш (С/вх о). В десятичных логарифмах

С/вых = -2,Зфт12(вх о/?)- (51)

Для схемы на рис. 54, б, вычисляющей антилогарифмы, можно

(50)

записать:

в десятичных логарифмах

fBx/2Зф,

(52)

£/вых = -/о10 (53)

Из (50) очевидно, что имеются два температурных эффекта, подлежащих компенсации: температурная чувствительность масштабного коэффициента фт и температурная чувствительность постоянной составляющей фт in /о.

Температурную чувствительность масштабного коэффициента