ния AL Для этого достаточно, чтобы входное напряжение было на несколько милливольт больше нуля.

При [/вх<0 выходное напряжение усилителя А2 становится положительным, а усилителя A3 - отрицательным. Поэтому транзистор VT1 снова оказывается закрытым. При этом коэффициент усиления А1 останется небольшим до тех пор, пока входное напряжение не приблизится к нулю. Для получения наилучшей фильтрации шумов пороговое напряжение А4 может быть несколько меньше, чем Uon- Конденсатор С1 ограничивает амплитуду высокочастотных выбросов. Устройство работает с сигналами частотой больше 0,01 Гц и амплитудой от 1 до 10 В. В качестве VT1 можно использовать практически любой полевой транзистор с р - л-переходом. Выбор ОУ определяет верхнюю рабочую частоту входного сигнала. До частоты 1 МГц может быть применен счетверенный ОУ 1401УД2 [84].

Выбрать больший из двух сигналов и передать его на выход можно с помощью простой схемы (рис. 5.8). На базе усилителя А1 построен двухполярный источник тока, выходное напряжение которого определяется из выражения 6вых= (е--[/а)(/?1+/?з)/-1 + + 6а = е+[/вых+(е-[/б) ?2]/?4. Из последнего нетрудно определить выходной ток hux=i[{e-UA){Ri + Ri)/Ri + UA-e]/Ri-{e~ -Ub)/R2- Если Ri = R2 и RR, то выражение для /вых упрощается и может быть записано в виде /вых=([б- а) ?ь Ток /вых не зависит от сопротивления, через которое он протекает, пока А1 работает в линейном режиме. Если б > д, выходной ток течет через диод VD2, а при U <Ua - через VD1. На выходе операционного усилителя А2 сумма токов преобразуется в напряжение. Поэтому

f и а при Ua>Ub;

[;+t! /?, = б при и>и.

Усилитель А2, выполняющий роль повторителя, может быть исключен, если не требуется согласование устройства с низкоомной нагрузкой. В качестве Л/, А2 целесообразно использовать сдвоенный ОУ 1408УД2.

5.2. УСТРОЙСТВА ВЫБОРКИ-ХРАНЕНИЯ

В аналоговой технике элементами памяти являются устройства выборки - хранения (УВХ) и амплитудные (пиковые) детекторы. Функция памяти состоит в хранении на запоминающем конденсаторе в течение некоторого времени мгновенного значения входного напряжения. В режиме выборки УВХ повторяет входной сигнал, а затем по команде запоминает его мгновенное значение и переходит в режим хранения. Режим выборки амплитудных детекторов имеет место, когда входное напряжение становится больше хранимого на конденсаторе, а в режиме хранения напряжение на конденсаторе больше входного. Обычно пе-

6 Зак. 121 163

реход от УВХ к амплитудному детектору осуществляется заменой МДП-ключей диодами.

Как правило, быстродействие и точность УВХ имеют противоположный характер зависимости от емкости запоминающего конденсатора. С одной стороны, конденсатор с меньшей емкостью можно быстрее зарядить, а с другой стороны, конденсатор с большей е.мкостью более точно хранит напряжение.

В каждой из известных схем УВХ достигнут определенный компромисс между точностью и быстродействием, отраж:ающий степень совершенства самой структуры УВХ и правильности выбора параметров и режимов работы его элементов [85]. Для определения наилучшей (при выдвинутых требованиях и реальных ограничениях) структуры необходимо знать предельные возможности каждой, что требует установления оптимальных параметров ее элементов.

В режиме выборки разница между входным и выходным напряжениями УВХ определяется степенью неидеальности МДП-ключа и ОУ. В режиме хранения напряжение на запоминающем конденсаторе Сз изменяется из-за протекания токов утечек ключа и конденсатора, а также входных токов ОУ.

В зависимости от условий эксплуатации УВХ минимальный ток разряда конденсатора может быть получен при использовании либо МДП-транзистора, либо полевого транзистора с управляемым переходом. Ток утечки полевых транзисторов с управляемым переходом существенно возрастает при высокой температуре. Хотя у МДП-транзистора меньше чувствительность тока утечки к изменению температуры, однако этот ток больше, чем у полевого транзистора. Последнее объясняется в первую очередь существованием токов утечек между каналом и подложкой. Эти составляющие тока утечки протекают в цепь истока или затвора или в обе цепи в зависимости от напряжения смещения на электродах. Кроме того, МДП-транзисторы имеют значительный ток утечки между истоком и стоком. Обе составляющие тока утечки МДП-транзистора уменьшаются, если разность напряжений на его электродах близка к нулю.

Быстродействие УВХ определяется продолжительностью двух переходных процессов. Первый - время, необходимое для перехода из режима выборки режиму хранения, - включает время запирания ключа и устан01вления выходного напряжения. Второй - время перехода из режима хранения к режиму выборки (время выборки) - состоит из трех составляющих: замыкания ключа, нарастания напряжения на запоминающем конденсаторе до величины Ubx и установления выходного напряжения [86].

Обычно превалирует время выборки, основной составляющей которого является Заряд запоминающего конденсатора. Длительность этого процесса прямо пропорциональна емкости конденсатора Сз, а погрешность УВХ обратно пропорциональна этой емкости. Компромиссным решением является построение двухкаскадного УВХ. Первый каскад - с небольшой емкостью запоми-164

нающего конденсатора и, следовательно, быстрой выборкой. Сравнительно большое время хранения получается во втором каскаде УВХ, где конденсатор Сз заряжается от первого каскада, прежде чем его выходное напряжение изменится больше допустимой величины. Поэтому емкость конденсатора второго каскада может быть значительно больше, чем первого.

Простейшие УВХ. Их целесообразно использовать, если выходное сопротивление источника сигнала невелико (меньше 100 Ом).

В Ппостейшем инвертирующем УВХ (рис. 5.9,а) основная часть ошибки в обоих режимах обусловлена транзистором VT2. В режиме выборки ошибка определяется падением напряжения на сопротивлении открытого транзистора VT2 из-за протекания входного тока усилителя. В режиме хранения транзистор VT2 закрыт.

RZ

Рис. 5.9. Уменьшение токов утечек МДП-транзистора (а) и коммутационной помехи (б) в устройствах выборки - хранения

инвертирующий вход ОУ отключен от входного сигнала и ток утечки истока VT2 разряжает конденсатор. Для уменьшения тока утечки транзистора VT2 в схему включен транзистор VT1, заземляющий сток транзистора VT2 в режиме хранения. Напряжение сток - исток транзистора VT2 близко к нулю (0,2 В) и, следовательно, минимален ток утечки. В результате этого конденсатор разряжается только небольшим током утечки перехода затвор - исток транзистора VT2 и входным током ОУ. Уменьшая емкость Сз, можно уменьшить и время выборки УВХ. Однако в этом случае будет увеличиваться коммутационная ошибка, обратно пропорциональная Cg. Эта составляющая ошибки выборки обусловлена передачей части управляющего сигнала на Сз через внутренние емкости затвор -сток Сз.с и затвор -исток Сз.и МДП-ключа. При большом изменении входного напряжения на стоке коммутационная ошибка не может быть полностью скомпенсирована ни регулировкой смещения нуля ОУ, ни подачей на конденсатор компенсирующего сигнала. Это объясняется тем. Что емкости Сз.с и Сз.и ззвисят от уровня входного сигнала (при изменении [/вх от -10 до +10 В емкость Сз.с + Сз.и изменяется