НИИ в порядке возрастания чисел даст на выходе ступенчато-нарастающее напряжение.

Операционный усилитель в схемах ЦАП выполняет роль согласующего каскада, развязывающего резистивную матрицу от низко,-омной нагрузки. При необходимости увеличить выходное напряжение ОУ включают усилителем. В качестве переключателей используются электронные ключи на биполярных или полевых транзисторах.

35. Аналого-цифровой преобразователь

Аналого-цифровой преобразователь переводит аналоговое напряжение в цифровую форму, пригодную для ввода в ЭВМ. Существует несколько методов преобразования аналоговых сигналов в цифровые [1].

Одна из схем АЦП изображена на рис. 66. Напряжение на реверсивном двоичном счетчике возрастает от каждого тактового им-

Л . т R/2 R/2

Такты

Реверсивный, счетчик

Обратный счет

Прямой, счет

Рис. 66. Аналого-цифровой преобразователь с реверсивным

счетчиком.

пульса, когда на вход счетчика от компаратора ОУг подается положительное напряжение около +3 В. И, наоборот, напряжение на счетчике уменьшается от каждого тактового импульса, если от компаратора подается низкий уровень около -0,5 В.

На вход ( + ) ОУ1 поступает напряжение резистивной цепи, которое сравнивается с аналоговым входным напряжением (/вх. Если последнее превышает напряжение резистивной цепи, на выходе компаратора ОУг будет напряжение около -ЬЗ В, счетчик будет считать в прямом направлении, а напряжение резистивной цепи увеличиваться.

Если С/вх меньше напряжения резистивной цепи, то на выходе компаратора ОУг будет низкий уровень около -0,5 В, а на выходе компаратора ОУз около +3 В. Счетчик будет считать в обратном направлении, а напряжение резистивной цепи уменьшаться.

Обратная связь поддерживает выходное напряжение резистивной цепи примерно равным аналоговому входному напряжению. Поэтому сигнал на выходе реверсивного счетчика представляет собой цифровой эквивалент аналогового входного напряжения.

36. Генераторы синусоидальных колебаний

На практике широкое распространение получили генераторы синусоидальных колебаний на основе моста Вина. Трудность построения стабильных по амплитуде генераторов состоит в том, что необходимо иметь глубину отрицательной ОС, равную глубине положительной ОС. Даже малые нарушения этого условия приведут к искажениям или срыву генерации. Для автоматической регулировки усиления используются полевые транзисторы и диоды.

Рис. 67. Генераторы синусоидальных колебаний с регулировкой усиления на полевом транзисторе (а) и на кремниевых диодах (б, б).

Выходное напряжение генератора на рис. 67, а выпрямляется диодом Дь фильтруется конденсатором С* и подается на затвор полевого транзистора. С повышением выходного напряжения сопротивление перехода сток - исток увеличивается, а коэффициент передачи усилителя падает.

Если RiCi=R2C2, то частота генерации

f==\/2nRCi. (78)

Уровень выходного напряжения определяется отношением сопротивлений резисторов Rs/Re и характеристикой полевого транзистора. С указанными на схеме номиналами резисторов генератор работает на частоте 1 кГц с выходным напряжением около 2 В.

В схеме на рис. 67, б функции АРУ выполняют кремниевые диоды [46]. Когда выходное напряжение мало для открывания диодов, ОУ имеет большой коэффициент передачи, так как сопротив-

с учетом того, что коллекторный ток /мз значительно больше входноко тока Ux/Ru т. е. RJVbRilUsx, найдем частоту преобразователя

(80)

Глава пятая

СХЕМЫ С ЕМКОСТНЫМИ ЯЧЕЙКАМИ ПАМЯТИ

40. Амплитудный детектор

В технике точных измерений часто требуется измерить амплитуду сигнала. Использование ОУ в схемах амплитудных детекторов позволяет значительно повысить точность измерений.

Простейшая схема детектора с ОУ изображена на рис. 70, а. Здесь ОУ включен как неинвертирующий повторитель с единичным

12,1 Ch

х 110 J-niOM\ ,6 В \Ц7к 390 ,

~12,SB -О

вх в)

Рис. 70. Амплитудный детектор (а), его выходная характеристика (б) и практическая схема амплитудного детектора (б).

усилением. Слежение за амплитудой входного сигнала происходит до момента, когда этот сигнал достигает максимального значения. Если сигнал начнет уменьшаться, диод Д1 закроется и напряжение на конденсаторе будет удерживаться на уровне максимального значения.

Практические схемы содержат еще буферный повторитель, предотвращающий разряд конденсатора на нагрузку. В высококачественных амплитудных детекторах предусматривается ключ, который периодически разряжает конденсатор, чтобы обновить информацию об амплитуде сигнала.

Практическая схема амплитудного детектора изображена на рис. 70, е. В качестве буферного повторителя использован транзис-

тор, охваченный общей ОС. Постоянная времени заряда

taap = С (вых + д)» где Лпых - выходное сопротивление ОУ (менее 400 Ом), ?д -внутреннее сопротивление диода (примерно 50 Ом). Постоянная времени разряда ТразжС/?.

При отсутствии сигнала нулевой уровень на выходе устанавливается с помощью резистора Ri.

41. Формирователь задержанных импульсов

Схема, изображенная на рис. 71 [43], может использоваться для временной задержки импульса.

Усилитель 01 представляет собой компаратор, формирующий входные импульсы с напряжениями положительного и отрицательного насыщения.

F322O CiOfiil III

Дг Дч

2С1Ш

Рис. 71. Формирователь задержанных импульсов (а) и форма напряжений в его схеме (б).

Выходное напряжение повторяет положительные и отрицательные перепады входного сигнала с задержкой около 0,3i?iCi. При изменении полярности входного сигнала от -i/вх до +Ubx напряжение на входе ( + ) ОУ2 увеличивается по экспоненте с постоянной времени RiCi. Как только напряжение на входе ( + ) пересечет нулевой уровень, выходное напряжение меняется от -t/вых до + /вых. Стабилитрон Дз ограничивает положительный всплеск напряжения на входе ( + ). При изменении полярности входного напряжения от +Ubx до -1/вх конденсатор разряжается с постоянной времени RiCy. Как только напряжение на входе ( + ) перейдет нулевой уровень, выходное напряжение резко изменит полярность на отрицательную, и т. д. Равенство задержек исключает появление в выходном напряжении временных смещений. Диоды Ди Да и стабилитроны Дз, Д4 должны иметь одинаковые характеристики.

При указанных на схеме номиналах элементов время задержки регулируется от 50 до 400 мкс. Увеличивая емкость конденсатора Cl, время задержки можно увеличить до 1 с. Резисторы /?2 и Rs ограничивают выбросы тока и не оказывают существенного влияния на время задержки.

42. Схемы выборки с запоминанием

Для некоторых электронных схем недопустимо изменение входного сигнала во время измерения. Схема выборки с запоминанием (рис. 72, а) обеспечивает слежение за амплитудой входного сигнала во время выборки (ключ замкнут) и последующее хранение текущего значения этого сигнала по команде управляющего напряже-

Рис. 72. Схема выборки с запоминанием (а), ее выходная характеристика (б) и схема выборки с запоминанием с большим входным сопротивлением (в).

ния. В режиме хранения (ключ разомкнут) сигнал практически не изменяется. В качестве ключа могут использоваться контакты реле или ключевые схемы на полевых транзисторах. Недостатком схемы на рис. 72, а является малое входное сопротивление. Более совершенна схема с двумя ОУ (рис. 72,6). Она содержит два противофазно управляемых ключа [1]. В режиме выборки Ki замкнут, а /Сг разомкнут. Первый ОУу работает с максимальным выходным током до полного заряда конденсатора. В режиме хранения состояние ключей меняется; при этом ключ Кг обеспечивает обратную связь для ОУи Схема имеет большое входное сопротивление. Конденсатор С должен иметь малый ток утечки, а ОУг - малый входной ток.

43. Ждущий мультивибратор

На выходе схемы, изображенной на рис. 73, а, образуется импульс определенной длительности при подаче на вход запускающего импульса. В отсутствие входного сигнала ОУ находится в со-

jCtohhhh отрицательного ограничения (для микросхемы типа 521СА2 это составляет около -0,5 В), так как на вход ( + ) подано отрицательное опорное напряжение - t/on.

Если на вход подать отрицательный импульс с амплитудой, превышающей опорное напряжение,- выходное напряжение ОУ скачком увеличится до положительного ограничения. За счет положитель-

Рис. 73. Ждущий мультивибратор (а), релаксационный генератор (б) и формы их выходных напряжений (б, г).

ной обратной связи через резистор Rs и конденсатор Сг возникает лавинообразный процесс, переводящий ОУ в состояние положительного ограничения. Это состояние сохраняется на определенное время. По мере разряда конденсатора Сг через резисторы Rs и Ri напряжение на входе (-f-) уменьшается. Как только оно достигнет нуля, возникает обратный лавинообразный процесс.

Длительность выходного импульса можно рассчитать по формуле

т = (/?2 + ?з) Сг Ш [Д/ных RIUои iR2 + з)}, (81)

где Д(/вых - перепад выходного напряжения (для микросхемы 521СА2 Д(/вых«3,5 В).

Рекомендуется выбирать RslbRz.

44. Релаксационные генераторы

На основе ОУ можно строить простые автогенераторы. Они обычно содержат цепи положительной и отрицательной обратной связи. Положительная ОС обеспечивает лавинообразный переход