20 Дифференцирующий усилитель

Дифференцирующий усилитель

Дифференцирующий усилитель, это устройство, в котором входное и выходное напряжение связано соотношением (рис. )

U_вых=KdU_вх/dt . (7)

Простейшие дифференцирующие цепи (например RC - цепь) выполняют эту операцию со значительными погрешностями, причем с повышением точности дифференцирования существенно уменьшается уровень выходного сигнала.

Схема дифференцирующего усилителя на ОУ приведена на рис.7. Установим связь между выходным и входным напряжениями этой схемы. Для узла «а» по первому закону Кирхгоффа можно записать, что

I_вх = I_ос + I_оу

Если считать, что ОУ идеальный, т.е. I_оу=0 и U⁺_вх=U^–_вх = 0, то записав токи по закону Ома (I_вх= I_с = Сd(U_вх- U^–_вх)/dt, а I_ос= (U^–_вх - U_вых)/R₂) получим выражение связывающее выходное и входное напряжения

U_вых=-R_осCdU_вх/dt , (8)

где R_осС=  - постоянная времени дифференцирующего усилителя.

Коэффициент передачи дифференцирующего усилителя определяется выражением

К_(j) = U_вых/ U_вх = j =K_()e ^j() , (9)

где K_() =  - амплитудно-частотная характеристика (АЧХ); _() = /2 - фазово- частотная характеристика (ФЧХ) коэффициента передачи.

21 Интегрирующий усилитель

Интегрирующий усилитель

Это устройство, в котором входное и выходное напряжение связано соотношением

.

Простейшим интегрирующим цепям (например RC - цепям) аналогичны недостатки предыдущего устройства.

Схема интегрирующего усилителя на ОУ приведена на рис.8. Установим связь между выходным и входным напряжениями этой схемы. Для узла «а» по первому закону Кирхгоффа можно записать, что

I_вх = I_ос + I_оу

Если считать, что ОУ идеальный, т.е. I_оу=0 и U⁺_вх=U^–_вх = 0, то, записав токи по закону Ома (I_вх=(U_вх -U^–_вх)/R₂, а I_ос= I_с = Сd(U^–_вх - U_вых)/dt) получим выражение связывающее выходное и входное напряжения

,

где RС=  - постоянная времени интегрирующего усилителя.

Коэффициент передачи интегрирующего усилителя определяется выражением

К_(j) = U_вых/ U_вх = (j)^-1 =K_() e ^j(),

где K_() =(  )^-1 - амплитудно-частотная характеристика (АЧХ); () =- /2 - фазово-частотная характеристика (ФЧХ) коэффициента передачи интегрирующего усилителя.

22 Нелинейные преобразователи сигналов. Логарифмирующий усилитель. Антилогарифмирующий усилитель.

Нелинейные устройства предназначены для преобразования (изменение) формы сигнала и соответствующего изменения его спектра. Нелинейные элементы широко используются в устройствах переноса спектра (модуляторах), образования новых частотных составляющих (детекторах), а также для линеаризации характеристик датчиков и расши-рения динамического диапазона, регулирования коэффициента усиления и других целей.

К нелинейным относят преобразователи, в которых выходной сигнал связан с входным нелинейной зависимостью . Наибольшее распространение получили функциональныепреобразователи входного напряжения в выходное , реализованные на элементах с нелинейной вольтамперной характеристикой (ВАХ). Типичной физической структурой, обладающей нелинейной ВАХ, является электрический контакт полупроводников с отличающимися параметрами. На базе p-n переходов получены разнообразные приборы (диоды, динисторы, стабилитроны, транзисторы, тиристоры).

Наибольшее распространение получили нелинейные преобразователи с использованием нелинейности характеристики полупроводникового диода. Непосредственное использование прямой ветви ВАХ, имеющей для напряжений u>>φ_Т близкую к экспоненциальной зависимость тока от напряжения позволяет реализовать логарифмирующий преобразователь. Если задавать ток i, то напряжение определяется соотношением:

     ,

где I₀ – тепловой (обратный) ток диода.

Логарифмический усилитель — вид электронных усилителей, выходное напряжение которого пропорционально логарифму входного напряжения. Логарифмические усилители могут совершать больший комплекс операций по сравнению с классическими линейными усилителями, и их схемы значительно отличаются.

Наиболее важной целью логарифмических усилителей является не усиление (хотя оно используется для достижения главной функции), главная цель логарифмических усилителей — сжатие сигнала широкого динамического диапазона к его децибельному эквиваленту. Возможно, более подходящий термин — логарифмический преобразователь, так как его главной функцией является преобразование сигнала из одной области представления в другую через определённую нелинейную трансформацию.

Для обычного случая, когда все переменные — напряжения, независимо от конструкции усилителя связь между переменными имеет следующий вид:

где — выходное напряжение,— напряжение наклона (логарифм обычно имеет основание 10, поэтомув этом случае берётся в Вольтах на декаду),— входное напряжение,— напряжение пересечения (напряжение, при котором). Все логарифмические усилители косвенно требуют определения двух значений:и. Выражение математически неполно для описания демодуляции ЛУ, однако оно является простым для понимания основных принципов.

Самый простой логарифмический усилитель (т. н. традиционной схемотехники) — обычный операционный усилитель с диодом (или транзистором), включённым в цепь обратной связи. Однако сейчас существует большое количество логарифмических усилителей, построенных иным образом (например, с помощью ограничительных ячеек).

Для выполнения операций антилогарифмирования можно использовать антилогарифмирующую ячейку (рис. 3.3-2). В отличие от логарифмирующей ячейки, в ней выходное напряжение снимается не с диода а с резистора, а его сопротивление должно быть существенно меньше сопротивления диода в любой точке рабочего участка ВАХ. С помощью описанных логарифмирующих и антилогарифмирующих ячеек могут быть построены схемы деления и умножения сигналов