|
| |
  |
Теория строительства Книги и журналы  R2 , 30 к -12 В-С 12 В-I  R3 4,3к 4,7 кЧ 21 Ь + Упр --12 В  U.VBS Рис. 8.15. Схемы аналоговых ключей на биполярных транзисторах с малым (а) и большим (б) входными сопротивлениями В простейшем аналоговом ключе на биполярном транзисторе (рис. 8.15, а) используется способность ОУ ослаблять синфазные сигналы и передавать дифференциальные. Когда на вход управления поступает сигнал больше 1 В, транзистор насыщается, заземляет резистор R2 и схема принимает вид обычного дифференциального усилителя. Поскольку его входы объединены, то дифференциальный входной сигнал равен нулю, а является синфазным сигналом. Поэтому прн Rt=R2 сигнал t/вх ослабляется на 70...90 дБ в зависимости от коэффициента ослабления синфазного сигнала ОУ. Когда транзистор закрыт, схема работает в режиме неинвертирующего повторителя, коэффициент передачи которого не зависит от соотношения резисторов R1 и R2. Недостатки предыдущей схемы (зависимость t/вых от напряжения насыщения транзистора и низкое выходное сопротивление) устранены в схеме на диодах (рис. 8.15,6). Функцию ключа здесь выполняет диод VD1, управляемый усилителем А2. Усилитель AJ обеспечивает большое входное сопротивление и передачу на выход входного сигнала с коэффициентом, равным 1. Входной сигнал передает ся на выход при отрицательном напряжении на входе управления. В этом случае диоды VD4 и VD5 закрыты, а напряжения на входах и выходе А1 равны Usx-На аноде диода VDJ напряжение равно t/выx+t/д, где t/д - падение напряжения на открытом диоде. Следовательно, напряжение на катоде VD2 больше на t/д, чем на его аноде, этот диод также закрыт и не влияет на работу схемы. Напряжение на выходе AI определяется падением напряжения на R3, через который протекает ток, зависящий от t/вх и .сопротивления R4. Ток U через R4 определяется соотношением h - iUbhix+i B - U)/Ra. В свою очередь, выходное напряжение At равно Ui = Ubux-\- Un + hRs- Таким образом, при напряжении питания усилителей At, А2, равном t/n=±15 входной сигнал t/Bx=10 В будет передаваться на выход без искажений, если падение напряжения на R3 будет меньше 2 В. При этом учитывается, что при t/„=±15 В максимальный размах выходного напряжения у большинства современных ОУ около ±13 В. Учитывая изложенное, определяем максимальное значение тока Л, которое примерно равно 2 В ?з = = 0,5 мА и меньше фактического значения тока /40,4 мА в приведенной схеме. При подаче положительного напряжения на вход управления на катодах диодов VD3 и VD4 устанавливается положительное напряжение, а на катоде диода  Рис. 8.16. Схема универсального аналогового ключа VD5 и аноде диода VDI - отрицательное, примерно равное напряжению питания А2. Следовательно, если {/„=±15 В, а входное напряжение изменяется от +10 до -10 В, то оно не проходит через диод VD1 на выход схемы. Цепь VD2R2 поддерживает на неинвертирующем входе Al отрицательное напряжение, что обеспечивает установление отрицательного напряжения и на выходе Al. В противном случае через R3 протекал бы ток около 6 мА, что недопустимо для больщинства ОУ. Ток, отбираемый через Rl от источника входного сигнала, в этом случае зависим от Uex и сопротивлений R1, R2. В качестве усилителя в этой схеме можно использовать сдвоенный ОУ К1408УД2 и диодную сборку 2ДС627. Совместное использование биполярных, полевых транзисторов и ОУ позволяет строить аналоговые ключи, у которых значение и полярность коэффициента передачи зависят от значения управляющего напряжения (рис. 8.16). В показанной схеме основную функцию выполняют полевой транзистор и ОУ, тогда как биполярные транзисторы играют вспомогательную роль, формируя необходимые сигналы управления для полевого. Если -0,6 B<Lbx<0,6 В, то все биполярные транзисторы и VTl закрыты, VT2 открыт, fBux=0 и fax не влияет на Ubux- При fBx> 0,6 В открываются транзисторы VT1, VT4-VT6 и Ьвых; - i/вх. Чтобы исключить влияние сопротивления Гот транзистора VTl на коэффициент передачи схемы, целесообразно в цепь ОС усилителя включить полевой транзистор, как показано на рис. 8.14,6. При Lex< - 0,6 В открываются транзисторы VTl - VT3 и VT5. При этом UeuxU- Чтобы расширить зону нечувствительности схемы к амплитуде Uy„p, можно в эмиттеры биполярных транзисторов включить стабилитроны или диоды. 8.3. УСИЛИТЕЛИ-ОГРАНИЧИТЕЛИ Усилители с ограниченным размахом выходного напряжения используются в формирователе сигналов, цепях защиты от перегрузок, устройствах управления и контроля и т. д. Ниже- рассмотрены простейшие и регулируемые схемы усилителей-ограничителей и методы увеличения их точности и быстродействия- Простейший ограничитель с регулируемым выходным напряже-" нием можно построить на ОУ с ОС, выход которого нагружен На потенциометр. Выходной сигнал берется со средней точки потенциометра. В такой схеме не требуются стабилитроны, а сигнал ограничивается при достижении выходным напряжением своего максимального значения. С помощью потенциометра изменяется амплитуда формируемого на выходе сигнала. Точность и быстродействие такого ограничителя сравнительно низкие. Объясняется это тем, что разброс максимального значения выходного напряжения ОУ достигает 1 В. На быстродействие ограничителя существенно влияет задержка, вызванная насыщением транзисторов в усилительных каскадах ОУ. Эта задержка в усилителях типа К140УД7 достигает десятков микросекунд. Основным элементом прецизионных усилителей-ограничителей является диод или стабилитрон, включенный в цепь ОС усилителя. В простейщих ограничителях (рис. 8.17) стабилитрон открывается, когда падение напряжения на резисторе в цепи ОС становится равным Uct- В этом случае на выходе ОУ устанавливается напряжение -\-UcT или -Lct (рис. 8.17, с) И olUсг ИЛИ - ailст (рис. 8.17,6) в зависимости от полярности входного сигнала. При падении напряжения на R2, меньшем Ucr, напряжение Ubux= - Ubx R2/R1 для схемы на рис. 8.17, а и ивых = - UbxRiii - а.)/(Ry+aRi) для схемы на рис. 8.17,6. Показанное включение стабилитронов вызывает значительные погрешности работы схем из-за действия паразитной емкости стабилитронов {СпхБО пФ), их токов утечки (1уХ:;1 мкА) и температурного дрейфа ( - 5 мВ/°С). Эти погрешности превышают более чем на порядок ошибки,. обусловленные неидеальностью современных ОУ. Токи утечки вызывают ошибки усиления Ubx и снижают точность уровней ограничения Ubux- Ошибку, обусловленную этими токами, можно практически исключить, применив дополнительные диоды VD1 и VD2 (рис. 8.18, с). Токи утечки протекают через резистор R3, не попадая на вход ОУ. Падения напряжения на диодах VDI, VD2 и резисторе R3 равны и пренебрежимо малы. Поэтому практически отсутствуют токи утечки диодов VD1, VD2. Последние частично компенсируют и температурный дрейф стабилитрона, так как собственный дрейф диодов имеет противоположный знак и примерно равен 3 мВ/°С. Увеличить быстродействие и точность усилителя-ограничителя можно, подав напряжение смещения на стабилитрон так, чтобы он всегда находился в открытом состоянии (рис. 8.18, б). Благодаря этому удается уменьшить действие емкости стабилитрона и его тем- пературного дрейфа. Стабилитрон постоянно открыт и ограничивает выходное напряжение только, когда он включается диодным мостом в цепь ОС усилителя. Это условие выполняется при [Увых = ± Lct-h +2U. Если [Увх<1Уст-1-2(Уд, то UBb,x=UBxR2/Ri- Следует выбирать сопротивления резисторов R3 и R4 так, чтобы температурные дрейфы двух диодов (5 мВ/°С) и стабилитрона ( -5мВ/°С) 0 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 |