Главная Операционные усилители



Устройства на интегральных схемах, рассмотренные в настоящей главе, являются представителями целого множества устройств, которые можно использовать для генерирования сигналов. Советую вам регулярно просматривать литературу, выпускаемую фирмами-изготовителями, чтобы новые устройства или усовершенствования в старых могли быть вами использованы.

Вообще говоря, независимо от устройства, примененного в качестве активного элемента, для генерирования колебаний вы должны использовать один из двух методов: положительную обратную связь на нужной частоте либо релаксационную схему.

В методе положительной обратной связи фазовый сдвиг, присущий операционному усилителю (180°, если используется инвертирующий вход), в совокупности с фазовым сдвигом частотно-избирательной цепи приводит к совпадению по фазе (т. е. 360°) сигнала обратной связи только на одной частоте. Выход частотно-избирательной цепи подключен ко входу операционного усилителя, а ее вход - к выходу операционного усилителя. Секрет этого метода заключается в том, что полный фазовый сдвиг получается равным 360° только на частоте генерирования и коэффициент усиления всей петли на этой частоте превышает единицу.

Релаксационные генераторы обычно основаны на заряде конденсатора от источника тока, такого, как резистор, подключенный к источнику напряжения, и разряде конденсатора за малый промежуток времени. Этот процесс можно рассматривать как ток, протекающий через резистор и заряжающий конденсатор. Параллельно конденсатору подсоединяется ключ, замыкаемый в заданный момент времени. При замыкании ключа заряд конденсатора сбрасывается. Вырабатываемое при этом колебание представляет собой обычную кривую заряда конденсатора на переднем фронте и быстрое падение напряжения до потенциала земли на заднем фронте.

Примерами релаксационных генераторов являются однопе-реходный транзистор и неоновая лампа. В первом случае действие генератора основано на явлении пробоя эмиттерного перехода, а во втором - на достижении потенциала ионизации газа.

Существует также класс релаксационных генераторов, основанных на использовании электронных компараторов, определяющих момент, когда достигается напряжение запуска. Компараторами являются схемы 555 и XR-2240, рассмотренные в предыдущих главах. Польза рассматриваемого метода лучше всего доказывается популярностью этих устройств, особенно схемы 555.



Глава 14

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ИНФОРМАЦИИ

Цифровая вычислительная машина может заменить почти любой прибор и при этом выполнить его работу более точно и даже дешевле. Однако до недавнего времени вычислительные машины были доступны не всем--по экономическим ли соображениям или просто из-за размеров машин. Вплоть до сегодняшнего дня вычислительные машины стоили очень дорого и устанавливались в отдельной комнате с кондиционированием воздуха - большинство лабораторий не может себе позволить ни то, ни другое. Проблему можно решить и другим путем: записать экспериментальные данные на магнитную ленту и отнести ее в вычислительный центр. Даже при использовании современных модемных систем передачи данных и терминалов, работающих в режиме разделения времени, все в конце концов упирается в ту же вычислительную машину. Сейчас появились недорогие микрокомпьютеры. Такой компьютер может стоять на столе или его можно сделать составной частью какого-либо прибора.

Микрокомпьютеры можно использовать почти для всех видов обработки данных, кроме круга задач, связанных с переработкой больших массивов чисел. Однако, прежде чем подключить к цифровой вычислительной машине научную или какую-либо другую электронную аппаратуру, нужно представить ее выход в удобоваримом для цифровой вычислительной машины виде. Аналогично двоичный выход устройства ввода/вывода вычислительной машины часто преобразуют в аналоговую форму, удобную для визуального наблюдения. Оба типа преобразователей являются предметом изучения в настоящей главе.

Методы решения проблем

Существует несколько путей преобразования данных, получаемых от электронных и научных приборов, в двоичный вид, необходимый для цифровой вычислительной машины. Некоторые из них утомительны до нелепости. Например, можно зата-булировать величины, считываемые с дисплея или ленточного



самописца, затем перейти на устройство для пробивки перфолент или на терминал с электронно-лучевой трубкой и вручную ввести данные с клавиатуры. Однако такой путь окажется чистым безумием, если дело коснется мало-мальски объемистого массива данных. Он ведет также и к массовым ошибкам, если оператор невнимателен или утомлен, и порождает никому ненужные проблемы при анализе результатов!

Хитрость состоит в том, чтобы данные, получаемые от аппаратуры, ввести в вычислительную машину автоматически. Для этого потребуется схема, которая называется аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Противоположный тип преобразователя - это цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), который получает двоичные слова от вычислительной машины и представляет их в виде уровней напряжения или тока. В этой главе мы рассмотрим оба типа преобразователей начиная с ЦАП. Может показаться, что следовало бы сделать наоборот, но в действительности принятый нами порядок изложения соответствует здравому смыслу, так как цифроаналого-вые преобразователи проще, чем большинство аналого-цифровых, и, кроме того, ЦАП входит в состав почти всех так называемых АЦП с обратной связью.

Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП)

Существует несколько различных методов цифроаналогового преобразования, но в большинстве случаев эти методы используют систему взвешенных токов или напряжений, включаемых цифровым сигналом, поступающим на входы переключателей.

Примером является показанная на рис. 14.1 широко распространенная схема ЦАП на базе матрицы сопротивлений типа

20 к Ом

,, Rбаланс ,, VggO-СП-oVrr


t\2R \\2R \\2R \\2R

s, (C3P)

-° EjrnlO в пост, тока

Рис. 14.1. Простой цифроаналоговый преобразователь (ЦАП).



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


0.0164