Читальный зал -->  Полупроводниковая схемотехнология 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 [ 44 ] 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168

Рис. 11.2. Схема вычитания с помощью суммирующих усилителей.

Выходное напряжение I/. = ApiUi - t/i). Соотношение коэффициентов усиления: Xf = = Ap = AD.

вычитания характеризуются коэффициентом ослабления синфазного сигаала G = = Ad/Agi. Для его вычисления подставим выражения

U2 = Ug, + hUo,

. (11.2)

иг = Ug, - hUo в формулу (11.1); в результате получим [7. = {Ар - A)Ug, + Шр + A)Up.

Введенное обозначение Ug, соответствует синфазному напряжению, а 1 ,-разностному.

Из выражения (11.3) получим формулу для вычисления коэффициента ослабления синфазного сигаала:

G = Ap/Ag, = Шр + А)/{Ар - А).

(U.4)

Предположим теперь, что условие равенства коэффициентов усиления выполняется не точно. Представим эти коэффициенты в следующем виде:

А==А- /АА, Ар = А + IAA.

Подставив эти выражения в формулу (11.4), получим следующее выражение для коэффициента G:

AjAA.

(11.5)

Коэффициент ослабления синфазного сигнала является обратной величиной относительной точности установки коэффициента усиления каждого из сигаалов.

11.2.2. СХЕМА ВЫЧИТАНИЯ

НА ОПЕРАЦИОННОМ УСИЛИТЕЛЕ

На рис. 11.3 приведена схема вычитания сигаалов, построенная на ином принципе. Для нее справедливо следующее уравнение:

Ua = fcii/i + hUi-

при 1/2=0 схема работает как инвертирующий усилитель сигаала U, выходное напряжение которого [/ = -аи. Отсюда следует, что = - а. При [7i = О схема представляет собой электрометрический усилитель с делителем напряжения. Потенциал

Rp + Rp/ap

в этом случае усиливается в (1 -1- аг) раз, а выходное напряжение определяется следующей формулой:

и = [ар/{1 + ар)-]{1 +<x)U2.

Если сопротивления на обоих входах одинаковы, т.е. си. = dp = а, то выходное напряжение

и, = а[72

и, кроме того, /с2 = а. Отсюда следует, что выходное напряжение будет равно

и, = а([72 - и,).

, I/, Rn/n Rn -о о-[- -

Рис. 11.3. Схема вычитания на одном операционном усилителе.

Выходное напряжение 1/ = а(1/2 -

Соотаошение коэффициентов усиления: д = ар = а.

Если отношения сопротивлений на входах Р и N отличаются от величины а, то напряжение на выходе рассматриваемой схемы не будет точно пропорционально разности входных сигналов, а будет определяться соотношением

Для вычисления коэффициента ослабления синфазного сигнала схемы воспользуемся выражением (11.2). В результате преобразований получим

1 (1 + ал)ар -I- (1 -1- а.р)лы

ь =-=--.

Ас1 2 {I + ал,) ар - (1 -I- ap)ajv

При неточном выполнении условия равенства коэффициентов усиления, т.е. при = а - /ia и а,р = а. + /20 пренебрегая членами более высокого порядка, получим приближенную формулу для вычисления коэффициента G:

Gxil + а)(а/Аа).

(11.6)

Из этого выражения следует, что при постоянном значении а коэффициент ослабления синфазного сигнала обратно пропорционален относительной погрешности, обусловленной неточностью задания соотношений резисторов в схеме. Если эта погрешность равна нулю, то G = оо, что справедливо лишь для идеальных операционных усилителей. Для достижения максимального значения коэффициента G в реальной схеме следует проводить точную подстройку резистора Rp, чтобы скомпенсировать погрешность установки коэффициента усиления Да, обусловленную параметрами используемого операционного усилителя.

Из формулы (11.6) также следует, что коэффициент ослабления синфазного сигнала при заданном значении Аа/а приближенно пропорционален коэффициенту усиления разностного сигнала у4в = а. Это является сушественным преимуществом данной схемы перед предыдущей.

Рассмотрим числовой пример расчета схемы вычитания сигналов. Пусть необходимо реализовать вычитание двух напряжений порядка 10 В, разность между которыми не превышает 100 мВ. Разность между напряжениями на выходе схемы вы-

читания должна быть усилена до 5 В. При этом абсолютная ошибка не должна превышать 1%. В этом случае коэффициент усиления разностного сигаала Ар будет равен 50. Абсолютная ошибка на выходе должна быть меньше 5 В 1% = 50 мВ. Рассмотрим наиболее благоприятный случай, когда усиление синфазного сигнала обусловлено только одним источником погрешностей. В этом случае должно выполняться условие

Ас, < 50 мВ/10 В = 5 10-

откуда следует, что

О 50/5-10- = 10* = 80 дБ.

Из выражения (11.6) следует, что применяя схему вычитания, которая приведена на рис. 11.3, необходимо обеспечить погрешность установки коэффициентов передачи не более Аа/а = 0,5%. Если применить схему, приведенную на рис. 11.2, то из формулы (11.5) следует, что значение отношения Аа/а должно быть не более 0,01%!

На рис. 11.4 представлена универсальная схема вычитания, предназначенная одновременно для суммирования и вычитания любого числа входных напряжений. Для обеспечения правильного режима ее функционирования необходимо, чтобы удовлетворялись заданные условия для коэффициентов передачи входных сигаа-лов.

Проверку настройки коэффициентов передачи можно выполнить путем суммирования или вычитания нулевого входного напряжения.

Рис. 11.4. Схема вычитания большого числа сигналов.

Выходное напряжение U, = aU - X ait/i.

1.1 1-1 Соо-гаошенне коэффициентов усиления:

( - J

Для вывода вышеприведенного соотношения для коэффициентов применим правило узлов на Л-входе усилителя:.

(Ллг/а,) Rn

Из этого равенства следует, что

1=1 i=i

Аналогичное соотношение может быть получено и для Р-входа:

, i W- Ир[а,-(-1] = 0. 1=1 1=1

Если Vn = Vp -а, кроме того, выполняется условие

I = Z 1=1 1=1

(11.7)

то после вычитания двух приведенных выше выражений будем иметь

Ua=t - t ii-

i=l i=l

При л = m = 1 универсальная схема вычитания превращается в рассмотренную ранее схему рис. 11.3.

Входы описанных схем вычитания являются нагрузкой для источников входных напряжений. Для получения минимальных погрешностей необходимо, чтобы выходные сопротивления источников сигнала были достаточно малы. Если источники напряжения в свою очередь также являются схемами с отрицательными обратными связями на операционных усилителях, то это требование, как правило, выполняется. При других схемах источников входных напряжений может оказаться необходимым использовать преобразователи сопротивления в виде электрометрических усилителей, включаемых перед соответствующими входами. Полученная таким образом схема вычитания, называемая электрометрической, в основном используется в измерительной технике. Поэтому

она будет рассмотрена более подробно в гл. 25.

11.3. БИПОЛЯРНОЕ УСИЛИТЕЛЬНОЕ ЗВЕНО

Схема на рис. 11.5 служит для умножения входного напряжения на постоянную величину, значение которой в диапазоне + п может быть задано с помощью потенциометра Rj- Если этот потенциометр находится в крайнем правом положении (по схеме), то параметр qf = О и схема работает как инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления А = - п. Номинал резистора RJ{n - 1) в этом случае не играет никакой роли, поскольку на нем нет падения напряжения.

Рис. 11.5. Биполярное усилительное звено.

Выходное напряжение V, = n(2q - l)Vr

При q = \ все входное напряжение U, поступает на неинвертирующий вход операционного усилителя. При этом падение напряжения на резисторе RJn равно нулю и схема работает в режиме неинвертирующего усилителя с коэффициентом усиления, равным и:

1 -1-

RJ{n - 1)

= Ч- п.

В промежуточных положениях движка потенциометра R2 коэффициент усиления звена определяется соотношением

А = п{2д - 1).

Этот коэффициент линейно зависит от q и поэтому может быть удобно реализован с помощью точного многооборотного потенциометра. Величина и определяет область изменения коэффициента передачи звена. Наименьшее возможное значение п есть 1. В этом случае сопротивление RJ{n - 1) становится ненужнькл.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 [ 44 ] 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168

ООО «Мягкий Дом» - это Отечественный производитель мебели. Наша профильная продукция - это диваны еврокнижка. Каждый диван можем изготовить в соответствии с Вашими пожеланияи (размер, ткань и материал). Осуществляем бесплатную доставку и сборку.



Звоните! Ежедневно!
 (926)274-88-54 
Продажа и изготовление мебели.

Копирование контента сайта запрещено.
Авторские права защищаются адвокатской коллегией г. Москвы.