Главная >  Источники и стабилизаторы тока 

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

напряжения иа R3, через который протекает ток, зависящий от и сопротивления R4. Ток It через R4 определяется соотношением /4=(/вых + 12 В- ~Un)IRi- В свою очередь, выходное напряжение А1 равно (71 = С/вых-Ь/д-1-+ иЯъ- Таким образом, при напряжении питания усилителей А1, А2, равном (7п=±15, входной сигнал (7вх=10 В будет передаваться на выход без искажений, если падение напряжения на R3 будет меньше 2 В. При этом учитывается, что при С/п=±15 В максимальный размах выходного напряжения у большинства современных ОУ - около ±13 В. Учитывая изложенное, находим максимальное значение тока /4, которое примерно равно 2 В/7?з=0,5 мА и больше фактического значения тока /4 ж 0,4 мА в приведенной схеме [91].

При подаче положительного напряжения на вход управления на катодах диодов VD3 и VD4 устанавливается положительное напряжение, а на катоде диода VD5 и аноде диода VDI - отрицательное, примерно равное напряжению питания А2. Следовательно, если С/п=±15 В, а входное напряжение изменяется от -НО до -10 В, то оно не проходит через диод VDI на выход схемы. Цепь VD2, fi2 поддерживает на неинвертирующем входе Al отрицательное напряжение, что обеспечивает установление отрицательного напряжения и иа выходе А1. В противном случае через R3 протекал бы ток около 6 мА, что недопустимо для большинства ОУ. Ток, отбираемый через R1 от источника входного сигнала, в этом случае зависит от Ubx и сопротивлений R1, R2. В качестве усилителя в этой схеме можно использовать сдвоенный ОУ 1408УД2 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. 5.21) [92]. В показанной схеме основную функцию вьшолняют полевой транзистор и ОУ,


Рис. 5.21. Универсальный аналоговый ключ

тогда как биполярные транзисторы играют вспомогательную роль, формируя необходимые сигналы управления для полевого. Если -0,6 В<17вх<0,6 В, то все биполярные транзисторы и VT1 закрыты, VT2 открыт, а /вых = 0 и U х не влияет на С/вых. При С/вх>0,6 В открываются транзисторы VT1, VT4, VT5 и VT6 и ивых -Ubx- Чтобы ИСКЛЮЧИТЬ влиянис сопротивлеиия Го транзистора VT1 на коэффициент передачи схемы, целесообразно в цепь ОС усилителя включить полевой транзистор, как показано на рис. 5.19,6. При Ubx<.-0,6 В открываются



транзисторы VTI, VT2, VT3 и VT5. При этом С/выхС/вх. Чтобы расширить зону нечувствительности схемы к амплитуде Uynp, можно в эмиттеры биполярных транзисторов включить стабилитроны или диоды.

5.5. УСИЛИТЕЛИ-ОГРАНИЧИТЕЛИ

Усилители с ограниченным размахом выходного напряжения используются в формирователях 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 напряжением можно построить на операционном усилителе с ОС, выход которого нагружен на потенциометр. Выходной сигнал берется со средней точки потенциометра [93]. 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 ИОУД? достигает десятков микросекунд.

Основным элементом прецизионных усилителей-ограничителей является диод или стабилитрон, включенный в цепь ОС усилителя. В простейших ограничителях (рис. 5.22) стабилитрон открывается, когда падение напряжения на резисторе в цепи ОС становится равным Uct. В этом случае на выходе ОУ устанавливается напряжение Uct или -Uct (рис. 5.22,а) и aUcT или -aUcT (рис. 5.22,6) в зависимости от поляр-

ности входного сигнала. При падении напряжения на R2, меньшем f/ci,

[/вых = -UxRilRl (рис.

5.22,а) и [/вых = -[/вхХ X /?2(1 - a)l{Ri + aR2) (рис. 5.22,6). Показанное включение стабилитронов



вызывает значительные р с. 5.22. Усилители-ограничители с постоян-погрешности работы схем ным (а) и переменным (б) уровнями ограни-из-за действия паразит- чения ной емкости стабилитронов (Сп?к50 пФ), их токов утечки (/у 1 мкА) и температурного дрейфа (-5 мВ/°С). Эти погрешности превышают более чем на порядок ошибки, обусловленные неидеальностью современных ОУ.

Уменьшение действия токов утечки стабилитронов. Токи утечки вызывают ошибки усиления [/вх и снижают точность уровней ограничения [/вых. Ошибку, обусловленную этими токами, можно



практически исключить, применив дополнительные диоды VD1 и VD2 (рис. 5.23,6). Токи утечки протекают через резистор R3, ие попадая на вход ОУ. Падения напряжения на диодах VC1, VD2 и резисторе R3 равны и пренебрежимо малы. Поэтому практически отсутствуют и токи утечки диодов VD1, VD2. Последние частично компенсируют и температурный дрейф стабилитрона, так как собственный дрейф диодов имеет противоположпый знак и примерно равен 3 мВ/°С.

Увеличение быстродействия. Увеличить быстродействие и точность усилителя-ограничителя можно, подавая напряжение смещения на стабилитрон так, чтобы оп всегда находился в открытом состоянии (рис. 5.23,а). Благодаря этому удается уменьшить действие емкости стабилитрона и его температурного дрейфа. Стабилитрон постоянно открыт и ограничивает выходное напряжение, только когда он включается диоднььм мостом в цепь ОС усилителя. Это условие выполняется при С/вых = ± С/ст + 217 , Если С/вх<

< I С7ст + 2[/д1, то Ubux=UexR2IRi- Следует выбирать сопротивления резисторов R3 и R4 так, чтобы температурный дрейф двух диодов {-5 мВ/°С) и стабилитрона (5 мВ/°С) были равны по абсолютной величине. Кроме того, включение диодов уменьшает действие тока утечки стабилитрона.


4,7к


Рис. 5.23. Усилители-ограничители с улучшенными быстродействием (а) и точностью (б)


Рис. 5.24. Прецизионный

усилитель-ограничитель

Выигрыш в быстродействии получается благодаря тому, что практически отсутствует изменение напряжения на стабилитроне, т. е. при этом паразитный конденсатор не перезаряжается. Все изменения напряжения выделяются на диодах, паразитные емкости которых {Cii5 пФ) на порядок меньше, чем стабилитрона. По сравнению со схемой на рис. 5.22,а при точности 1 7о полоса пропускания увеличивается с 4 до 300 кГц, ток утечки уменьшается с 0,4 мкА до 7 нА, а дрейф снижается с 5 до 0,6 мВ/°С.

Прецизионный регулируемый усилитель-ограничитель. Рассмотренные схемы позволяют выполнить формирование выходного сигнала только при больших входных напряжениях или большом коэффициенте усиления схемы, равном Ri/Ri- Если необходимо с точностью около 1 мВ ограничить на любом уровне любой вход-



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