книги / Применение аналоговых микросхем
..pdfСхема стабилизатора 275EH1I приведена на рис. 5.36,a, a ос новная схема его включения на рис. 5.36,6. По сравнению с пре дыдущей схемой усилитель разности образован транзисторами VT6 и VT2. Источник опорного напряжения, выполненный на тран зисторе VT6 и стабилитроне VD3, управляется сигналом посту пающим, на базу транзистора VT6.
Схема стабилизатора отрицательного напряжения 275ЕН7 (рис. 5.37) аналогична предыдущей. Изменена на обратную проводи мость активных элементов, а регулирующий усилитель выполнен на выходных транзисторах VT3 и VT4, включенных по схеме Дар лингтона. Несущественно отличается от рассмотренных и схема стабилизатора 275ЕН12, приведенная на рис. 5.38.
5.4. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ НА МИКРОСХЕМАХ
Рассмотренные выше микросхемы являются ос новной функциональной частью источников питания, которые кро ме стабилизаторов содержат сетевую и выпрямительную секции. Ниже будут приведены примеры применения интегральных ста билизаторов в источниках питания для аналоговых и цифровых приборов.
5.4.1. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ АНАЛОГОВЫХ МИКРОСХЕМ
Для работы аналоговых микросхем необходимы источники питания с напря жением, которое находится в диапазоне от нескольких до десятков вольт. Обыч но требуются источники питания с напряжениями 3, 6, 12 и 15 В. При питании большого числа приборов центральный источник питания, как правило, дает на пряжение на несколько вольт выше, чем это необходимо, которое снижается в месте установления этих отдельных потребителей приборов местными стабили заторами напряжения до рекомендуемого значения. Например, если использует ся центральное стабилизированное напряжение ±24 В, то в месте подключения его к ОУ оно должно быть преобразовано в напряжение ±15 В. Ниже приво-
т /?а
Рис. 5.40. Схеме импульсного стабилизатора
дятся две практические схемы стабилизированных источников питания для ана логовых микросхем.
На рис. 5.39 приведена схема симметричного источника питания с выходным напряжением, регулируемым в диапазоне от 2 до 31 В. В схему введена защита от перенапряжения с помощью стабилитронов. Выходное напряжение регулирует ся потенциометром R1. Потенциометр R2 обеспечивает регулировку тока ко роткого замыкания от 45 мА до 3,2 А.
Отрицательное выходное напряжение задается источником положительного напряжения с помощью инвертирующего повторителя на базе операционного усилителя МАА502, который управляет выходными транзисторами VT3— VT5. Ток в цепи не превышает 3 А. Потенциометром R1 устанавливают выходные на пряжения обоих полярностей. Трансформаторы на входе одинаковые — выполне ны на основе сердечника из листовой трансформаторной стали сечением 32X Х32 мм. Первичная обмотка имеет 900 витков проволоки диаметром 1,12 мм.
В заключение рассмотрим схему импульсного стабилизатора с выходным на пряжением 12 В и током 3 А. Как было отмечено в п. 5.1.2 этот тип стабилиза торов имеет более высокий коэффициент полезного действия по сравнению с ли нейными стабилизаторами. Для его создания используется микросхема МАА723 (рис. 5.40) и ключ на транзисторах VT1 и VT2, включенных но схеме Дарлинг тона. Сигналы с частотой 20 кГц, формируемые мультивибратором на транзи сторах VT3, VT4, поступают на стабилизатор. Соотношение между уровнями нуля и единицы в этом сигнале равно 2 ; 3. Вели на выводе 1 микросхемы ну левое напряжение, то регулирующий усилитель в микросхеме закрыт, на выво де 7 положительное напряжение и транзисторы VTÎ9 VT2 также закрыты. Если же напряжение на выходе мультивибратора станет положительным, то транзи сторы VT1 и VT2 откроются. В зависимости от напряжения на входе и тока в нагрузке стабилизатора переход в открытое состояние транзисторов может задержаться до момента, когда пилообразное напряжение на выводе 2 микро схемы МАА723 станет ниже опорного напряжения на выводе 3. При коротком замыкании выхода отключается с помощью цепн защиты напряжение питания мультивибратора. После устранения короткого замыкания токовую защиту мож но вернуть в исходное состояние, переключив входное напряжение.
5.4.2. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ЦИФРОВЫХ МИКРОСХЕМ
Для источников питания цифровых микросхем обычно допустимо отклонение
± 5 % от номинального значения. Такие источники питания должны содержать фильтры, противодействующие проникновению помех по цепи питания логических схем в другие устройства. Напряжение при включении источника не должно превышать 7 В и должна быть предусмотрена защита от превышения напряже ния и короткого замыкания.
На рис. 5.41 приведена схема источника питания с выходным напряжением 5 В, обеспечивающим ток в нагрузке 1 А. Стабилизацию напряжения обеспечи вает микросхема МАА723, управляющая транзистором VT. Резистор R0 обеспе чивает защиту от перегрузки по току. При токе 1 А падение напряжения на R<,
Рис. 5.41. Схема источника питания для ТТЛ-схем
0,5 В. Цепь защиты включается при токе 1,4 А. В трансформаторе используется сердечник сечением 20X20 мм. Первая обмотка имеет 2140 витков проволоки диаметром 0,17 мм, вторая — 110 витков проволоки диаметром 0,8 мм.
5.4.3. РЕГУЛИРУЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Регулируемые источники незаменимы при лабораторных исследованиях, где при разработке электронных приборов требуются различные значения стабилизи рованного напряжения.
На рис. 5.42 приведена схема стабилизатора с регулируемым выходным на* пряжением от 3 до 25 В. Тиристорный двухтактный выпрямитель снижает вели чину ударного тока. Сигналы включения тиристоров формируются с выхода ста билизатора. Требуемое для управления тиристоров напряжение получается на выходе стабилитрона. Тиристорный выпрямитель сохраняет минимальную разни-
ЮОмк
Рис. 5.42. Схема регулируемого источника напряжения
цу между входным и выходным напряжениями стабилизатора и таким образом обеспечивает минимальную рассеиваемую мощность на выходном транзисторе! Максимальный выходной ток 0,8 А. Выходное напряжение можно подрегулироч вать подстроечным потенциометром. Цепь защиты ограничивает ток на выходе при достижении 1 А. Стабильность выходного напряжения лучше 2 % при изме нении напряжения питания от 187 до 242 В и тока нагрузки от 0 до 0,8 А, Пульсации выходного напряжения меньше 50 мВ.
Г Л А В А 6
▲НАЛОГОВЫЕ УМНОЖИТЕЛИ
Аналоговый умножитель представляет собой устройство, выходное напряжение которого прямо пропорционально произведению входных напряжений Ux и UY, т. е. Umx=KUxUYt где К — коэффициент передачи умножителя, В” 1, зависящий от его внутренней структуры. Идеальный умножитель характеризуется бесконечно большим входным и нулевым выходным сопротивле ниями, а также не зависящим от частоты и напряжения коэффициентом переда* чи. Идеальный умножитель — это идеальный источник напряжения, регулируе мый напряжением.
6.1. ПАРАМЕТРЫ, ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ
ИОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ
Взависимости от полярности входных сигналов умножи-
тели делятся на одноквадрантные (Ux и Ur положительной полярности), двух квадрантные (Ux произвольной полярности, Uу положительной) и четырехквад рантные (Ux и Uу произвольной полярности). Коэффициент передачи умножи теля может быть положительным (неинвертирующий умножитель) или отрица тельным (инвертирующий умножитель). В случае необходимости знак К можно изменить с помощью дополнительного операционного усилителя в инвертирую щем включении, который обычно используется для компенсации ослабления сиг налов в умножителях (как правило, |/С |<1). Выходы умножителей обычно дифференциальные.
Выходное напряжение реального умножителя
£/вых— K U X UY+ Е ы ,
где Ecu — результирующая ошибка умножения, вызванная несимметричностью дифференциальных каскадов, погрешностью работы внутренних преобразователей напряжения в ток и тока в напряжение, проникновением сигналов с одного входа на другой и нелинейностями транзисторов.
Перечислим параметры, дающие представление о несовершенстве умножи теля:
нелинейность умножения по входу X или У, характеризующаяся максималь
ным отклонением выходного напряжения от идеального значения во всем диа пазоне изменения входных напряжений С/х, UY (выражается в процентах);
остаточное напряжение по входу X или У, характеризующееся максималь
ным отклонением выходного напряжения от идеального значения при макси мальном напряжении на одном входе, нулевом напряжении на другом;
полоса пропускания, характеризующаяся частотой, на которой выходное на пряжение уменьшается на 3 дБ относительно наибольшего значения при посто янных входных напряжениях;
точностная полоса пропускания, характеризующаяся частотой, на которой выходное напряжение уменьшается на 1 % относительно наибольшего значения при постоянных входных напряжениях.
Особенности работы, параметры и область применения умножителей зависят от используемых методов перемножения и технологии изготовления.
Рассмотрим некоторые наиболее часто встречающиеся методы перемножения сигналов в полупроводниковых умножителях.
6.1.1. ЛОГАРИФМИЧЕСКИЕ УМНОЖИТЕЛИ-ДЕЛИТЕЛИ
В логарифмическом умножителе-делителе используется метод суммирования или вычитания логарифмов входных сигналов, полученных с помощью логариф мического или антилогарифмического усилителя (рис. 6.1). Выходное напряжение суммирующего усилителя
( J o = K i log U x + K i log U y — K i log U z = K i log ( U x U r / U g) .
Антилогарифмический усилитель преобразует напряжение U 0 к виду U Bых=
=log ~1(UQ/KI) = UXUY/UZ.
Логарифмические умножители-делители чаще всего применяются для обра ботки однополярных входных сигналов, т. е. являются одноквадрантными. Их нелинейность 1 5 %. Этот тип умножителя-делителя можно довольно просто построить на дискретных элементах в соответствии со схемой приведенной на
кг
Чс
Uy
tog Uy
Uz
tog Uz
Рис. 6.1. Схема логарифмического умножителя-делителя
Рис. 6.2. Схема одноквадрантного логарифмического умножителя-делителя
рис. 6.2, для которой справедливы следующие соотношения: выходное напряже ние антилогарифмического усилителя A4
Uвых=IARIO=UXUYRÜRIÛ/ (UzRiRn)t
выходные напряжения логарифмических усилителей А1—АЗ равны соответст венно
£/,=çTln ( l^ /* i/i) î И*-Фт1п (UY/R 2I2)\ С/з=фт1п(С/2//?з/з),
тде I ь ht h — токи, протекающие через транзисторы VTΗVT3.
158
Рис. 6.3. Схема четырехквадрантного умножителя на базе одноквадрантного
При разработке схемы целесообразно установить R\=R2 =RB=RA—RS= R ^ Тогда сопротивления остальных резисторов можно вычислить по формулам
R 7 =■ ут In [ Ux m a x / ( U x m a x /^ l |
^ У т а х /^ 2Л21э ) 1; |
|
R$ = |
? T 1° Wy max/ W Y m ax/^2 ~~ ^вых inax/^o)]» |
|
RB“ |
?T 1° Wz max/Wz шах/^з |
^ Вых тах/^10^21э)1» |
RlB = Rll = Æl#2^Bbix m a x^^X UY/^Z шах)•
где h213 — коэффициент передачи тока транзисторов VTI — VT4.
Емкости корректирующих конденсаторов можно рассчитать по формулам
С1=1/(яЫ ?7); C 2 -l/(n fT*e); С3= 1 /(л /т/?9).
где fT — частота единичного усиления ОУ.
Одноквадрантный умножитель можно сделать четырехквадрантным, приме нив схему на рис. 6.3. В этой схеме к входным напряжениям умножителя при бавляется (вычитается) постоянное напряжение —10 В с помощью дополнитель ных входных инвертирующих усилителей Л/, А2. Тогда напряжение на выходеперемножнтеля
£/,=( 10 - U x - U y ) + U x U y / 10.
(Размерность Ux и t/y — вольты). Влияние слагаемого в круглых скобках устра няется выходным неинвертирующим усилителем. В результате
С/Вых= Ui + U x + U y - 10= Ux Uу/10,
где —10 B<1Ux, Ur^r\-i0 B.
6.1.2. УМНОЖИТЕЛИ, РЕГУЛИРУЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЕМ
В основе работы умножителя регулируемого напряжением, лежит метод пе ременной крутизны в каскаде, базы транзисторов которого образуют один вход умножителя. Другим входом является вход преобразователя напряжения в ток на источнике тока дифференциального каскада. Регулируемые напряжением
умножители отличаются большим динамическим диапазоном, имеют дифферен циальные входы, хорошую линейность и низкую стоимость.
Основу |
четырехквадрантного умножителя (рис. 6.4) составляют три диффе* |
|
рециальные |
пары транзисторов |
VTÎ-VTÎ', VT2-VT2' и V T 3 - V T 3 причем |
VTI-VTV в диодном включении. |
Пары транзисторов управляются преобразова |
телями напряжения в ток, выполненными на двух дифференцированных каска дах с транзисторами VT4-VT4VT5-VT5'. Ток через каскады задается высоко стабильными источниками тока, между которыми включены регулирующие со-
$>ис. 6.5. Схема импульсного умно жителя
«Рис. 6.6. Временные диаграммы ра боты импульсного умножителя