Использование АРУ для обеспечения баланса амплитуд

На рис.9.24 представлена функциональная схема генератора с цепью автоматической регулировки усиления.

Рис.9.24. Функциональная схема генератора с использованием АРУ для обеспечения баланса амплитуд

УС1 - усилитель переменного напряжения и ФСЦ - фазосдвигающая цепь образуют генератор, причём УС1 имеет возможность изменять свой коэффициент усиления под действием управляющего напряжения. Преобразователь переменного напряжения в постоянное ПрПП, схема сравнения СС, усилитель постоянного напряжения УС2 и напряжение уставки  образуют цепь автоматической регулировки усиления. При подаче питания на генератор в начальный момент коэффициент усиления УС1 велик и колебания нарастают. По мере достижения выходного напряжения генератора напряжения уставки  коэффициент усиления УС1 падает. В тот момент, когда , при значительном коэффициенте , соблюдается баланс амплитуд. Реализации данного подхода отображены на рис.9.25.На рис.9.25а представлена схема генератора, в котором коэффициент усиления усилителя на основе ОУ изменяется управляемым резистором , отмечен пунктиром. Он реализован на основе полевого транзистора VT с p-n переходом, сопротивление сток-исток которого изменяется при изменении напряжения на затворе, . Чем больше напряжение , тем больше сопротивление канала транзистора VT. На элементах , ,  реализован пиковый детектор (преобразователь переменного напряжения в постоянноеПрПП). Стабилитрон  задаёт уставку . Если амплитуда выходного напряжения превышает напряжение , он пробивается и через диод  подзаряжает , тем самым увеличивая сопротивление полевого транзистора и уменьшая коэффициент усиления. Это ведёт к уменьшению амплитуды колебаний. Если амплитуда мала, то на затворе присутствует небольшое напряжение, его сопротивление мало, а коэффициент усиления усилителя большой – амплитуда колебаний генератора нарастает.На рис. 9.25б представлен ещё один вариант реализации АРУ, в котором на основе  реализован управляемый резистор , с помощью которого изменяется коэффициент усиления усилителя генератора на ОУ1. На диодах ,  реализован преобразователь переменного напряжения в постоянное ПрПП, а на основе ОУ2 реализована схема сравнения, на один из входов которой подано напряжение уставки . В целом, работа схемы не отличается от рассмотренной ранее. Однако, амплитуду выходного напряжения можно изменять путём изменения напряжения уставки.Качество синусоидального сигнала (коэффициент гармоник) определяется не столько самой схемой генератора, сколько дополнительными цепями, обеспечивающими баланс амплитуд. При фиксированной частоте по качеству сигнала альтернативой рассмотренных генераторов является генератор прямоугольных колебаний с последующим избирательным усилителем, настроенным на первую гармонику. В таком генераторе легко достигнуть значения коэффициента гармоник меньше, чем . Однако, перестройки/подстройки частоты в нём нет.Для обеспечения широкого диапазона перестройки частоты используют генераторы треугольных колебаний с последующим преобразованием их формы в синусоидальную при помощи функциональных преобразователей. При этом достигаются очень широкие диапазоны изменения частоты, причём частота регулируется одним элементом. Это так называемые свип-генераторы. Они обладают минимальным переходным процессом установки частоты после подачи регулирующего воздействия. Как правило, такие генераторы имеют наряду с синусоидальным ещё треугольный и прямоугольный выходные сигналы. Однако коэффициент гармоник в таких генераторах невысок .

Рис.9.25. Генераторы синусоидальных колебаний с обеспечением баланса амплитуд цепью АРУ

Компараторы напряжения

Компараторы напряжения реализуют функцию сравнения и предназначены для преобразования пороговых сигналов в цифровую форму; основу их построения составляют ОУ. Компараторы предназначены для сравнения входного сигнала с опорным. При этом в зависимости от того, больше входной сигнал опорного или меньше(на доли милливольта), на выходе компаратора за минимальное время должно установиться напряжение лог.0 или лог.1

Компараторы напряжения характеризуются рядом параметров, важнейшими из которых являются чувствительность, быстродействие, нагрузочная способность.

Основное применение компараторы напряжения находят в устройствах сопряжения цифровых и аналоговых сигналов. Простейшим примером такого применения является аналого-цифровой преобразователь.

Во многих отношениях компаратор аналогичен ОУ, любой ОУ можно использовать в качестве компаратора. Однако компаратор предназначен для использования без отрицательной обратной связи, за счёт этого удаётся, в сравнении с ОУ, увеличить его быстродействие. Кроме того, компаратор, зачастую, имеет выход типа «открытый коллектор» для обеспечения универсальности его применения.

Основными узлами, в которых используются компараторы, являются: генераторы прямоугольных импульсов; генераторы треугольных колебаний; широтно-импульсные модуляторы; детекторы прохождения сигнала через ноль; ограничители напряжения; таймеры; ждущие мультивибраторы и пр.

Наиболее важной характеристикой компаратора является время срабатывания или время задержки распространения сигнала. Это время между моментом скачкообразного изменения входного напряжения и моментом, когда выходное напряжение достигает определённого уровня

Основные отличия схемотехники компараторов от ОУ:

1. Т.к. компараторы не предназначены для работы с обратной связью, то в них отсутствует частотная коррекция.

2. В отличие от ОУ, которые являются линейными элементами, в компараторах может использоваться дозированная положительная обратная связь для повышения быстродействия и в этом случае на выходе компаратора при любом входном напряжении может быть только одно из двух напряжений, соответствующих высокому и низкому уровню.

3. В компараторах применены специальные методы по повышению быстродействия (например, транзисторы Шотки и др.).

4. Выходной каскад спроектирован таким образом, чтобы согласовываться как по уровню, так и по току с цифровыми микросхемами.