Дифференциатор - Конспект Лекций, раздел Приборостроение, Аналоговые электронные устройства Дифференциатор (Дф) – Это Устройство, У Которого Выходной Сигнал Пропорцио...
Дифференциатор (ДФ) – это устройство, у которого выходной сигнал пропорционален производной по времени от входного сигнала, (5.41)
или в операторной форме
. (5.42) Передаточная функция ДФ
. (5.43)
Для пассивной RC-цепи (рис. 5.14) , где - постоянная времени цепи.
Из сравнения (5.43) и (5.44) следует, что RC-цепь (пассивный ДФ) ведёт себя как идеальный ДФ, только при малой постоянной времени . Однако, уменьшение (т.е. уменьшение R и C) приводит к уменьшению коэффициента передачи ДФ на низкой частоте. Поэтому предпочтение отдают активному ДФ (рис.5.15).
При идеальном ОУ
. (5.45)
Таким образом, в отличие от пассивного ДФ, активный ДФ на базе идеального ОУ дифференцирует при любой t (В= -t).
Если учесть конечное значение коэффициента усиления ОУ Кд, то
, (5.46)
т.е. активный ДФ ведёт себя как инерционное звено первого порядка (как RC-цепь), но имеет эквивалентную постоянную времени в Кд раз меньше чем RC-цепь при тех же значениях R и С.
Статические ошибки активного ДФ определяются величинами UСМ и выходных токов ОУ. Из (5.5) при R1®¥ получим
. (5.47)
Так как (5.41) , то , (5.48) где ЕК – величина ВСП ДФ.
Для ДФ со средним быстродействием рассчитанного на диапазон входного сигнала 1 В/с необходимо, чтобы t=1с (С1=1 мкФ, R2= МОм). Если ОУ выполнен на биполярных транзисторах (например, К153УД5А с UСМ=1.5мВ и IВХ1»IВХ.СМ=100мА), то , что соответствует погрешности 10% от указанного диапазона входного сигнала 1 В/с. Чтобы получить погрешность менее 0.1% требовалось взять С1=100мкФ и уменьшить R2 до 10кОм (чтобы сохранить t=1с.). Недостатки конденсаторов большой ёмкости были рассмотрены в разделе 5.5, поэтому этот путь уменьшения погрешности ДФ имеет ограниченные возможности. Если осуществить токовую балансировку схемы, взяв RCM=R2, то
. (5.49)
Для ОУ К153УД5А DIВХ=20нА и dEK/dt»20мB/c, т.е. 2% от указанного диапазона. Эту проблему можно решить, применяя в ДФ ОУ на полевых транзисторах, у которых IВХ.СМ составляет величину единицы пикоампер.
Если ОУ без ОС эквивалентен звену первого порядка, то ДФ имеет двухполюсную с нулём АЧХ, что указывает на возможность его самовозбуждения и появление динамической ошибки из-за колебательности переходного процесса. Кроме этого полное входное сопротивление ДФ имеет емкостной характер и, следовательно, на высоких частотах ток, отбираемый от генератора сигнала может увеличиваться, что меняет условия работы последнего, если его сопротивление недостаточно мало.
Полное входное сопротивление ДФ можно увеличить, включив последовательно с конденсатором С1 резистор R1 (рис. 5.15). Уменьшение влияния шумов и повышение запаса устойчивости по фазе, можно достичь, шунтируя резистор R2 конденсатором С2, т.е. применяя те же самые меры, что и для нейтрализации входной ёмкости ОУ СВХ (разд. 4.6).
При С2=0 и R1=0 ДФ ведёт себя как колебательное звено с собственной частотой колебаний wn и коэффициентом затухания k, определяемыми выражениями (4.10) и (4.11), где
. (5.50)
Коэффициент затухания k имеет малую величину, на переходной характеристике появляются выбросы (рис. 4.10), уменьшается запас устойчивости по фазе (табл. 4.2) и ДФ склонен к самовозбуждению. Выброс на переходной характеристике будет отсутствовать, а значит повысится запас устойчивости по фазе, если в схему включить резистор R1 и выбрать его величину из условия
. (5.51)
При R1<R1ОПТ переходной процесс будет носить колебательный характер, но со значительно большим коэффициентом затухания k.
Величина шунтирующей ёмкости С2 выбирается из равенства R1C1=R2C2, при этом переходная характеристика будет монотонной даже при R1¹R1ОПТ.
АНАЛОГОВЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА. ЧАСТЬ II. Конспект лекций для студентов специальности “Радиотехника” всех форм обучения...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Дифференциатор
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Влияние ОС на передаточные свойства
устройства
Основное назначение ОС – передача сигнала с выхода устройства на его вход. Кроме того, существует и побочное (как правило нежелательное) влияние ОС на параметры и характ
Влияние обратной связи на входное и выходное сопротивления
Влияние ОС на входное сопротивление зависит от знака, глубины и способа подачи ОС на вход устройства и не зависит от способа снятия ОС с его выхода.
Для получения количественных со
Влияние обратной связи на стабильность коэффициента передачи
В рабочих условиях коэффициент передачи любого устройства не остается постоянной величиной, так как на него воздействуют такие дестабилизирующие факторы как изменение напряжения питания, колебания
Влияние обратной связи на внутренние помехи
Внутренние помехи усилителя ограничивают тот минимальный сигнал, который может быть усилен усилителем без заметных искажений, т.е. ухудшают чувствительность усилителя.
Введение ООС привод
Влияние обратной связи на нелинейные искажения
Введение ООС позволяет уменьшить нелинейные искажения, возникающие в усилителе. Физически это можно объяснить тем, что посторонние составляющие выходного напряжения или тока – гармоники и комбинаци
Устойчивость устройств с обратной связью
Как уже отмечалось в разд.1.1 ООС широко используется в АЭУ для улучшения параметров и характеристик этих устройств. Из-за фазовых сдвигов, вносимых устройством и ЦОС ООС может оказаться положитель
Режим В
Режимом В называют такой режим, при котором ток в выходной цепи УЭ существует в течение половины периода сигнала.
Режим С
В режиме С, так же как в режиме В, УЭ работает с отсечкой выходного тока. Причем угол отсечки q < p/2. Для этого рабочая точка должна располагаться левее точки пересечения спря
Режим D
В режиме D УЭ работает как электронный ключ, т.е. УЭ или закрыт, или открыт. В первом случае через УЭ протекает незначительный ток, а во втором мало падение напряжения на нем. Поэтому и
Температурная нестабильность режима полевого транзистора
Как у всех приборов, построенных на основе полупроводниковых структур, свойства полевого транзистора (ПТ), а значит и его режим работы зависит от температуры.
С увеличением температуры ум
Методы стабилизации
Существуют два метода стабилизации режима работы УЭ:
- параметрический (компенсация температурных изменений);
- автоматический (при помощи ООС).
В первом
Схема эмиттерной стабилизации
Схема эмиттерной стабилизации (рис.2.10) является самой распространенной схемой. Стабилизация осуществляется за счет последовательной ООС по току, возникающей из-за наличия в схеме резистора
Схемы истоковой стабилизации
Эти схемы (рис.2.13) обладают лучшей стабильностью, чем цепи на рис. 2.12, так как за счет
Генераторы стабильного тока
Рассмотренные в предыдущих разделах автоматические способы стабилизации режима в аналоговых интегральных микросхемах (ИМС) не желательны, так как они требуют применение высокоомных резисторов, зани
Особенности каскадов предварительного усиления
Назначение каскадов предварительного усиления (КПУ) – повышение уровня входного сигнала до значения, при котором обеспечивается нормальное возбуждение мощного выходного каскада. Поэтому
Принципиальная и эквивалентная схемы
Достоинством резисторного каскада кроме простоты и малых размеров, является способность создавать равномерное усиление в широкой полосе частот и нечувствительность к воздействию переменных магнитны
Область средних частот
Для любого линейного четырёхполюсника коэффициент передачи по напряжению (табл. 4.1 в [1])
Область верхних частот и малых времен
Эквивалентная схема каскада для этого диапазона частот (времен) приведена на рис. 3.3, в.
Подставляя (3.2) в (3.1) и учитывая, что
Схема эмиттерной высокочастотной коррекции
Схема такой ВЧ коррекции приведена на рис. 3.13. Здесь RКОР, СКОР – корректирующие элементы, RЭ, СЭ – элементы схемы эмиттерн
Схема низкочастотной коррекции
НЧ коррекция чаще всего осуществляется постановкой RФCФ - фильтра в цепь питания (рис. 3.19).
АЧХ для разных значений СФ изображены на рис.
Принцип действия
Пусть на вход ДК, симметрично относительно оси А-А¢ (рис. 3.22), поступают синфазные сигналы (СС), т.е. сигналы, амплитуды и фазы которых совпадают.
Параметры дифференциального каскада
Входное сопротивление для ДС (RВХ) – это сопротивление между полюсами 1–0 (рис. 3.24). Со стороны источника сигнала VT1 включён по схеме ОК с нагрузкой
Усилительные каскады с
динамическими нагрузками
Повышение коэффициента усиления любого кас
Устойчивость многокаскадного усилителя постоянного тока
Пусть многокаскадный УПТ на нулевой частоте охвачен частотно-независимой (В=const) ООС. За счет дополнительных фазовых сдвигов в области верхних частот ООС переходит в положительную и при возвра
Влияние емкости нагрузки и входной емкости на устойчивость ОУ
Пусть ОУ без ОС является системой первого порядка, т.е. его АЧХ не имеет изломов и спадает со скоростью –20дБ/дек. Если ОС частотно-независимая, то порядок возвратного отношения также будет первым
Инвертирующий усилитель
Инвертирующий усилитель (ИУ) – это усилитель, обладающий стабильным (наперёд заданным) коэффициентом усиления с разностью фаз между входным и выходным сигналами 180°.
ИУ является о
Неинвертирующий усилитель
Неинвертирующий усилитель (НУ) – это усилитель, обладающий стабильным коэффициентом усиления при нулевой разности фаз между входными и выходными сигналами.
Суммирующий усилитель
Суммирующий усилитель (сумматор) суммирует сигналы, подаваемые на вход.
Сумматор представляет собой расширение инвертора напряжения путём подключения к инвертирующему входу ОУ допо
Дифференциальный усилитель
Дифференциальный усилитель (ДУ) предназначен для усиления разности двух входных напряжений (рис. 5.9).
Стабилизация коэффициентов усиления ДУ так же, как и для инвертир
Логарифмирующие и антилогарифмирующие усилители
Логарифмирующий усилитель (ЛУ) – это устройство, у которого выходная переменная, например напряжения, пропорциональна логарифму входной переменной.
ЛУ используются при сжатии (
Перемножители с переменной крутизной
Идея этого метода проста: один сигнал изменяет крутизну активного элемента, который усиливает другой входной сигнал. В результате выходное напряжение схемы будет пропорционально произведению входны
Назначение, параметры
Компараторы являются простейшими аналого-цифровыми преобразователями (АЦП), т.е. устройствами, преобразующими непрерывный сигнал в дискретный.Они предназначены для сравнения входного сиг
Особенности применения полупроводниковых компараторов
Компараторы, получившие наибольшее распространение, можно разделить на четыре группы: общего применения (К521СА2, К521СА5) , прецизионные (К521СА3, К597СА3), быстродействующие (К597СА1, К597СА2) и
Специализированные компараторы на операционных усилителях
При сравнении низкочастотных сигналов с высокой точностью (десятки микровольт) при минимальной потребляемой мощности использование компараторов на базе ОУ часто оказывается более предпочтительное,
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
, (5.41)
. (5.42) Передаточная функция ДФ
. (5.43)
, где 
- постоянная времени цепи.
. Однако, уменьшение 
(т.е. уменьшение R и C) приводит к уменьшению коэффициента передачи ДФ на низкой частоте. Поэтому предпочтение отдают активному ДФ (рис.5.15).
. (5.45)
, (5.46)
т.е. активный ДФ ведёт себя как инерционное звено первого порядка (как RC-цепь), но имеет эквивалентную постоянную времени в Кд раз меньше чем RC-цепь при тех же значениях R и С.
. (5.47)
, то 
, (5.48) где ЕК – величина ВСП ДФ.
, что соответствует погрешности 10% от указанного диапазона входного сигнала 1 В/с. Чтобы получить погрешность менее 0.1% требовалось взять С1=100мкФ и уменьшить R2 до 10кОм (чтобы сохранить t=1с.). Недостатки конденсаторов большой ёмкости были рассмотрены в разделе 5.5, поэтому этот путь уменьшения погрешности ДФ имеет ограниченные возможности. Если осуществить токовую балансировку схемы, взяв RCM=R2, то
. (5.49)
. (5.50)
. (5.51)
Новости и инфо для студентов