Фазочувствительные выпрямители с параллельно-последовательными ключами: принцип работы, коэффициент передачи при разных положениях ключей. Достоинства, недостатки.

ФЧВ с последовательно-параллельным ключом наиболее предпочтителен с точки зрения точности.

Рис.1. Схема ФЧВ с последовательно-параллельным ключом

В данной схеме используется комбинация из двух ключей , , состояния которых противоположны, то есть при заданном управляющем напряжении один из них замкнут, а другой разомкнут. Понятно, что в данном случае схема имеет коэффициент усиления, равный либо единице (  – замкнут,  – разомкнут), либо минус единице (  – разомкнут,  – замкнут).

Оценим погрешность от несовершенства ключей. Будем считать для простоты, что сопротивления ключей в разомкнутом состоянии , а в замкнутом – . С учетом этого, эквивалентные схемы для различного состояния ключей выглядят так, как показано на рис.2.

Рис.2. Эквивалентные схемы ФЧВ с последовательно-параллельным ключом

Для схемы, представленной на рис.2а, погрешность от несовершенства ключей можно записать следующим образом:

.

Аналогичная погрешность получается и для противоположного состояния ключа – рис. 2б:

.

Можно сказать, что в данной схеме несовершенство ключей практически не оказывает влияние на точностные характеристики.

На рис.3 представлена схема ФЧВ с последовательно-параллельным ключом и с коэффициентом усиления большим, чем единица. В исходном состоянии ключей коэффициент усиления схемы равен:

.

В противоположном состоянии ключей коэффициент усиления схемы  равен:

.

Рис.3. ФЧВ с коэффициентом усиления большим, чем единица

Схема выполняет свою функцию ФЧВ только в том случае, если , то есть при выполнении равенства:

.

Значение резистора  находится из следующего соотношения:

.

Пусть, например, необходим коэффициент усиления, равный 10, тогда . Подставляя заданное значение в выражение для , получаем:

. , , .

Логарифмические и антилогарифмические усилители, их применение при реализации нелинейных математических операций.

Схема логарифмического усилителя изображена на рис. 1.

Рис.1. Логарифмический усилитель

,

,

, , ,

где  – ток диода;

m – конструктивная постоянная, определяющая тип диода;

 – температурный потенциал;

 – обратный ток диода.

Недостатки данной схемы:

1) зависимость  от тока  и температуры;

2) выходное напряжение зависит от температуры.

Логарифмическая зависимость транзисторного диода намного ближе к идеальной, поэтому в качестве логарифмического элемента чаще используется транзистор.

Рис.2. Логарифмический усилитель на транзисторе

,

.

Недостатки:

1) ток обратно смещенного перехода зависит от температуры;

2) выходной сигнал зависит от температуры;

3) транзистор, включённый в цепь ООС в усилительном режиме, повышает коэффициент усиления усилителя, при этом схема становится склонной к генерации.

Для борьбы с изменением тока  используется дифференциальное включение согласованных транзисторов.

Если  и  – согласованная пара, то .

.

, .

, .

,

.

Резистор  служит для ограничения тока переходных режимов через транзистор.

Недостаток схемы: подверженность влиянию температуры окружающего воздуха.

Иногда в качестве резистора  используется термоэлемент, температурный коэффициент которого должен обеспечивать неизменность коэффициента перед логарифмом:

, , .

Схема может обеспечивать точность 2% в диапазоне изменения входных токов в пределах 4-5 порядков.

Экспоненциальный усилитель на основе полупроводникового диода, на основе транзисторного диода, на основе дифференциального включения идентичных транзисторов. Достоинства и недостатки.

Схема экспоненциального преобразователя представлена на рис. 1.

Рис.1. Экспоненциальный усилитель

,

.

Недостаток: выходное напряжение зависит от теплового тока обратно смещенного потенциала . Чтобы избавиться от этого используют дифференциальное включение транзисторов.

,

.

,

,

.

.

,

.

Достоинство схемы: при использовании согласованных транзисторов схема не зависит от тока обратно смещенного p-n перехода, а зависит только от .

Генератор прямоугольных колебаний на основе одного операционного усилителя: назначение, область применения, вывод расчётных соотношений для периода генерируемых колебаний. Достоинства и недостатки.

Генератор предназначен для формирования незатухающих прямоугольных колебаний заданной частоты и используется в узлах преоразовательной техники для формирования питающего и синхронизирующего напряжений.

Основными параметрами такого генератора являются: период (частота), длительность импульса и длительность паузы, или скважность (отношение длительности импульса к периоду). Простейшая схема генератора прямоугольных колебаний представлена на рис.1. В дальнейшем будем считать, если это не оговорено особо, что ОУ запитывается симметричным двухполярным напряжением , .

Рис.1. Генератор прямоугольных колебаний на основе ОУ

Из схемы видно, что ОУ имеет две обратные связи. Одна отрицательная – с выхода ОУ через резистор  на инвертирующий вход, другая – положительная – с выхода ОУ через резистор  на неинвертирующий вход. Работает генератор следующим образом. После подачи напряжения питания на ОУ напряжение на инвертирующем входе  равно нулю, поскольку напряжение на конденсаторе  скачком измениться не может. Напряжение же на выходе ОУ в кратчайшее время (определяемое быстродействием ОУ) установится в одно из двух возможных значений: либо , либо , где  – максимальное выходное напряжение ОУ при заданном напряжении питания. Это произойдёт по причине несовершенства ОУ (наличия напряжения смещения, входных токов, шумов, неодновременности подачи питающего напряжения и пр.). Пусть, например, несовершенства ОУ таковы, что на выходе, после подачи напряжения питания, появилось небольшое положительное напряжение. Это приводит к тому, что часть этого напряжения через цепь положительной обратной связи (делитель , ) попадёт на неинвертирующий вход ОУ, в то время как напряжение на инвертирующем входе остаётся равным нулю ( ). Отмеченное обстоятельство вызовет дополнительное увеличение выходного напряжения, которое снова попадает на неинвертирующий вход через цепь положительной обратной связи. Таким образом, развивается лавинообразный процесс увеличения выходного напряжения ОУ до напряжения . После этого, через резистор  начнёт заряжаться конденсатор , напряжение на котором будет стремиться достигнуть уровня . Это будет продолжаться до тех пор, пока напряжение на инвертирующем входе не превысит напряжение на неинвертирующем входе. После чего, выходное напряжение ОУ поменяет полярность. Вместо  установится напряжение . Процесс переключения произойдёт лавинообразно (т. е. максимально быстро для данного типа ОУ). В результате под действием  конденсатор  начнёт перезаряжаться, пытаясь зарядиться до напряжения . Однако, после того, как напряжение на инвертирующем входе станет меньше, чем напряжение на неинвертирующем входе, выходное напряжение ОУ снова изменит свой знак и станет равным .

Временные диаграммы, поясняющие описанную выше работу генератора, представлены на рис.2.

Рис.2. Временные диаграммы, поясняющие работу генератора прямоугольных колебаний

Из рис.2 видно, что на выходе ОУ формируются колебания прямоугольной формы с амплитудой . При выводе количественных соотношений положим, что , а коэффициент делителя, обеспечивающего положительную обратную связь, . Для нахождения интервала времени , где Т – период колебаний, можно записать

,

где , .

Разрешая это уравнения относительно , можно получить

, или .

Положим, что , тогда период колебаний Т равен (с точностью ):

.

Таким образом, период колебаний определяется удвоенной постоянной времени цепи заряда конденсатора , .

При симметричности значений  и , период колебаний не зависит от напряжения питания ОУ.