Главная Операционные усилители



рассмотрели выше, элементы Ri и Ci поменялись местами. Это поможет понять одно очень полезное для конструирования электронной аппаратуры свойство.

Из дифференциального и интегрального исчислений нам известно, что интеграл от производной функции есть сама эта функция. Аналогично дифференциал интеграла функции есть также сама функция. Следовательно, можно сделать вывод, что интегрирование и дифференцирование взаимно дополняют друг друга. Если пропустить сигнал сначала через интегратор, а затем через дифференцируюпдую схему, то теоретически он должен остаться неизменным. Как вы узнаете из следующей главы (посвященной датчикам), это свойство может очень пригодиться, когда нужную информацию получить трудно, а соответствующий интеграл или производную получить легко.

Пиковые детекторы

Пиковый детектор -это такая схема, напряжение на выходе которой равно или по крайней мере пропорционально наибольшему пиковому напряжению входного сигнала.

Пример схемы запоминания пиков или пикового детектора приведен на рис. 9.6. Операционный усилитель Yi в основном выполняет функции буфера, он включен по схеме неинвертирующего повторителя с единичным коэффициентом усиления. Напряжение с выхода операционного усилителя Yi используется для заряда конденсатора d. Так как выходной каскад представляет собой еще один усилитель с единичным коэффициентом усиления, то выходное напряжение будет примерно равно напряжению на Ci.

Назначение диода Д1 состоит в том, чтобы предотвратить разряд конденсатора Ci через выход усилителя Уь обладающий малым импедансом. Диод Дх обязательно должен быть крем-


Рис. 9.6. Пиковый детектор (устройство запоминания пиковых значений) на основе операционного усилителя.



ниевым, его следует подобрать или по паспортным данным, или вручную, так как он должен обладать очень большим обратным сопротивлением. Иногда усилитель Уь диод Д: и еще один высококачественный диод, подобный диоду Дь используют для создания схемы активного прецизионного, или «идеального», выпрямителя.

Одна из первостепенных проблем, связанных с рассматриваемой схемой, состоит в падении выходного напряжения, и это не вызывает особого удивления, так как схема очень похожа на описанный выше интегратор. Падение напряжения связано с частичным разрядом конденсатора Ci из-за трех основных причин: утечки Дь конечного импеданса усилителя Уг и утечки конденсатора Ci. Бороться с этими явлениями здесь нужно так же, как в схеме интегратора. Мы обсудили этот вопрос раньше в этой главе.

Пиковый детектор, показанный на рис. 9.6, отслеживает только пики положительного входного сигнала. Это связано с разрешенным направлением протекания тока через диод Дь Для того чтобы отслеживались отрицательные пики, в схеме нужно произвести одну из двух замен: изменить направление диода Д1 или сделать усилитель У] инвертирующим. Можно также перед усилителем У1 включить инвертирующий повторитель.

Напряжение на конденсаторе Ci в действительности немного меньше фактического входного напряжения. Различие обусловлено обычным падением напряжения на кремниевом диоде, составляющим примерно 0,7 В, из-за которого и возникает небольшая ошибка. Ее можно уменьшить, если выполнить входной каскад в виде идеального прецизионного выпрямителя или если подать на У: небольшое напряжение смещения по постоянному току для компенсации ошибки. Первый из этих двух способов лучше.

В некоторых приборах необходимо вырабатывать логический уровень всякий раз, когда устанавливается новое пиковое значение. Для этой цели можно использовать компаратор на основе операционного усилителя (гл. 3). Один вход компаратора подключается к Евых, а другой - к £вх.

В качестве примера рассмотрим схему, отслеживающую положительные пики, подобную той, которая показана на рис. 9.6. Пусть компаратор подключен так, как показано на рис. 9.7, а. В этом случае выходное напряжение пикового детектора подается на инвертирующий вход компаратора, а входное напряжение- на неинвертирующий вход. Напряжение Еа - это потенциал выхода компаратора, а Ев - потенциал выхода схемы.

Выходное напряжение компаратора может изменяться от максимального отрицательного значения до максимального положительного значения, в зависимости от полярности входного сигнала. Конечно, в связи с чрезвычайно высоким значением коэффициента усиления разность входных напряжений, требующаяся



Евх о-

Ли/ювый детектор (f?uc 9 6)

Евых


Евх >Egt,x

Евх -Ев

Евх< Евых

Рис 9.7 Пиковый детектор с цифровым выходом

ДЛЯ изменения напряжения на выходе, может быть небольшой. Диод Д1 используется для того, чтобы потенциал Ев не мог стать отрицательным. В некоторых других случаях может возникнуть противоположное требование, тогда диод Д1 нужно будет включить в противоположном направлении. В нашей схеме выходное напряжение будет принимать только нулевые или положительные значения.

Состояния выхода схемы показаны на рис. 9.7, б. Когда £вх меньше, чем предшествующее пиковое значение, напряжение £л имеет максимальное отрицательное значение. При этом диод Д1 смещен в обратном направлении и Ев принимает нулевое значение. Аналогично, когда входное напряжение возрастает до такого же точно значения, какое имел предшествующий пик (£вых = - Ех), напряжение Еа, как и Ев, становится равным нулю. Однако когда устанавливается новый пик, в течение короткого периода, необходимого для заряда запоминающего конденсатора, i:Bx превышает вых- При этом всякий раз, когда устанавливается новый пик, на выходе компаратора в течение короткого промежутка времени фиксируется положительное напряжение. Ширина импульса определяется скоростью заряда конденсатора Ci (рис. 9.6). Если емкость конденсатора очень мала, он будет заряжаться очень быстро и импульс будет очень узким, может быть, даже слишком узким, чтобы его можно было практически использовать. Во всяком случае изменения ширины импульса и некоторые другие проблемы заставляют многих кон-



0 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 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126


0.0141