 |
Двухполупериодный выпрямитель.
|
|
|
|
Измерительный усилитель с двумя ОУ.
Недостаток разностного усилителя на рис.15 что его входные сопротивления имеют малую и неравную друг другу величину. Ограничиваясь одним ОУ, этот недостаток преодолеть невозможно.Выходом является использование схемы, рис.29. Как и в случае разностного усилителя, данный измерительный усилитель решает проблему уравнивания коэффициентов усиления инвертора напряжения и неинвертирующего усилителя. Однако здесь она решается не за счет ослабления неинвертируемого сигнала, а путем усиления инвертируемого сигнала в 
раз. Проведем анализ работы схемы с использованием метода суперпозиции.
При подаче только входного сигнала 
работа схемы описывается также,как и для неинвертирующего усилителя
При подаче только входного сигнала 
схема является последовательно включенными неинвертирующим усилителем, выполненным на 
,и инвертирующим усилителем, выполненным на 
, и ее работа описывается выражением
Результирующее операционное уравнение имеет вид
Полные входные сопротивления обоих входов имеют бесконечно большую величину
Двухполупериодный выпрямитель.
Схема на рис 30 выделяет модуль входного напряжения. Она состоит из диодного ограничителя и двухвходового суммирующего усилителя
Когда 
имеет отрицательную полярность, диод 
находится в непроводящем состоянии. Последовательно включенные 
и 
неработают, т.к. они включены между потенциально заземленными входами усилителей и 
. Выходной суммирующий усилитель действует как инвертор с единичным усилением
при 
|
положительной полярности преобразуется диодным ограничителеми в напряжение отрицательной полярности 
, а затем оба напряжения и 
складываются так,что на выходе суммирующего усилителя появляется
|
|
|
при 
Оба случая можно объединить, записав 
Когда необходимо иметь значение модуля с обратным знаком, достаточно изменить полярность включения диодов и 
.
|
34. Активный частотный фильтр – это схема, коэффициент усиления которой зависит от частоты подаваемого на вход сигнала. Активные фильтры могут быть выполнены на базе операционной схемы обобщенного инвертора. Однако наибольшее распространение получили фильтры, использующие многоконтурную обратную связь – фильтры Рауха. На рис.19 приведена операционная схема обобщенного фильтра Рауха,в которой все пассивные элементы представлены полными сопротивлениями. Конкретные типы фильтров получаются из обобщенного выбором типов сопротивлений и их величин.
Наличие нескольких контуров усложняет анализ.Обычно для вывода идеализированного уравнения вычисляют напряжения в точках А и В, после чего полагают 
.
запишем уравнения 1 закона Кирхгофа для узлов А и В.
Узел А 
узел В 
.
Подставляя в эти уравнения значения токов, выраженные через разности узловых напряжений и сопротивления между узлами,
, (44)
. (45)
Для получения зависимости выходного напряжения от входного из полученных выражений необходимо исключить напряжения 
и 
. Из допущения о идеальности ОУ напряжение 
. Напряжение можно выразить из (44) через выходное напряжение операционной схемы 
:
. (46)
Подставляя (46) в (45) и учитывая , имеем
.
Выражая выходное напряжение через входное, получаем 
. (47)
На базе полученного выражения могут быть определены коэффициенты усиления при любых сочетаниях параметров входящих в данную схему элементов. Практическое значение имеют три рассмотренных ниже случая.
|
Фильтр низших частот получается, если сопротивления 
, 
и 
заменить резисторами, а сопротивления 
и 
конденсаторами как на рис20. замены: 
, 
, 
, 
и 
.Подставляя эти сопротивления в уравнение(47),после выполнения ряда алгебраических преобразований получаем выражение, связывающее выходное напряжение с входным через комплексный коэффициент усиления. Для удобства этот коэффициент обычно представляют в каноническом виде, где в знаменателе и числителе записываются полиномы от 
в порядке убывания степеней. Коэффициентами, входящими в эти полиномы, являются функции параметров элементов, входящих в схему
|
|
|
. (48)
Из выражения видно, что данная схема является фильтром низших частот, поскольку при подаче входного сигнала с 
, схема имеет коэффициент усиления, равный 
, а при 
коэффициент усиления стремится к нулю.
|
Фильтр высших частот получается, если 
и заменить резисторами, а 
, и 
- конденсаторами как на рис.21. Замены: 
, 
, 
, 
и 
. Подставляя эти сопротивления в уравнение (47), после алгебраических преобразований получаем выражение, связывающее выходное напряжение с входным через комплексный коэффициент усиления. Коэффициент усиления в канонической форме для фильтра
Из полученного выражения видно, что данная схема является фильтром высших частот, поскольку ее коэффициент усиления при также равняется нулю, а при стремится к 
.
Полосовой фильтр получается, если , и заменить резисторами, а и - конденсаторами как на рис.22. Замены 
, , , и Подставляя в уравнение (47),
Коэффициент усиления равен нулю при , и при .Наибольшее значение он имеет при частоте, соответствующей частоте пропускания.
Схемы совпадения.
При построении измерительных органов, реагирующих на две электрические величины и использующих схему сравнения по фазе, используются схемы совпадения входных напряжений по знаку. В серийных реле широко применяется схема совпадения напряжений противоположного знака, приведенная на рис. Для обеспечения работы схемы принимаются сопротивления резисторов 
кОм, а резисторов 
кОм.
Схема совпадения
|
При 
диоды 
открыты током, протекающим от источника питания 
к источнику питания 
через последовательно включенные резисторы 
, 
, 
и 
. В результате на входы ОУ поступает разность напряжений, обусловленная падением напряжения на резисторах , и диодах и вызывающая его насыщение с отрицательным напряжением на выходе.
|
|
|
Если одно из входных напряжений равно нулю (например, 
), а другое отлично от нуля (например, 
), то состояние схемы неизменяется. В самом деле, потенциал неинвертирующего входа обусловлен падением напряжения на открытом диоде 
, по которому протекает ток, обусловленный напряжением 
, и составляет приблизительно +0,6В. Потенциал инвертирующего входа ОУ выше на сумму величин падения напряжения на , 
, 
и . Благодаря этому ОУ остается насыщенным с отрицательным напряжением на выходе. При рассмотрении случая, когда 
,а 
,благодаря протеканию тока, обусловленного входным напряжением, открывается диод 
,и напряжение на инвертирующем входе ОУ составляет приблизительно –0,6В. Потенциал неинвертирующего входа при этом становится ниже на сумму величин падения напряжения на тех же элементах. Таким образом, при подаче сигнала только на один вход схемы состояние ОУ остается таким же, как и при отсутствии входных сигналов.
Если оба входные сигналы отличны от нуля, но имеют одинаковые знаки, то поведение схемы остается таким же, как и в предыдущем случае, и выходной сигнал ОУ имеет отрицательную полярность.
Рассмотрим когда оба входных сигнала отличны от нуля, а их знаки не совпадают. Пусть, 
, а . Тогда положительное напряжение открывает диод , а отрицательное – диод . При этом потенциал неинвертирующего входа становится равным +0,6В, а потенциал инвертирующего –0,6В. В результате выходной сигнал ОУ изменяет знак и переходит в насыщенное состояние с положительным напряжением на выходе.
Таким образом, положительный сигнала на выходе схемы формируется только в том случае, если на обоих входах имеются ненулевые и несовпадающие по знаку сигналы. Для обеспечения четкой работы схемы на ее входы обычно подаются напряжения с выходов усилителей-ограничителей
|
|
|
