Главная Движение носителей электрических зарядов



Эти недостатки не свойственны активным дифференцирующему и интегрирующему устройствам. Одним из возможных способов реализации этих устройств является применение операционных усилителей (см. гл. 18).

Активное дифференц!фуюц1!ее устройство. Схема такого устройства на операционном усилителе приведена на рис. 199. Ко входу 1 подключен конденсатор С, а в цепь обратной связи включен резистор Кс- Так как входное сопротивление чрезвычайно велико (Ях оо). то входной ток обтекает схему по. пути, указанному пунктиром. С другой стороны, напряжение Мвоу в этом включении очень мало, так как К„ -> 00, поэтому потенциал точки В схемы практически равен нулю. Следовательно, ток на входе

i{t) = -MBb,x(f)A?o

(19.3)

Ток на выходе i{t) одновременно является зарядным током конденсатора С: dq = Cdutt), откуда

i(t) = Cdu,At)/dt.

(19.4)

Приравнивая левые части уравнений (19.3) и (19., можно написать -"вь,х (0/ос = С du (t)/dt, откуда

,ЙМвх(0

М = -RcoC-

(19.5)

Таким образом, выходное напряжение операционного усилителя является произведением производной входного напряжения по времени, умноженной на постоянную времени т = RoJC.

Активное интегрирующее устройство. Схема интегрирующего устройства на операционном усилителе, приведенная на рис. 19.10, отличается от дифференцирующего устройства рис. 19.9 только тем, что конденсатор С и резистор Roc (на рис. 19.10 - R{) поменялись местами. По-прежнему /?вх -> 00 и коэффициент усиления по напряжению К„ со. Следовательно, в устройстве конденсатор С заряжается током i{t) =UB(t)/Ri. Так как напряжение.на конденсаторе практически равно выходному напряжению (ф = 0), а операционный усилитель изменяет

Вход, С


С Ш)




фазу входного сигнала на выходе на угол п, имеем

«вых (О = -

uADdt.

(19.6)

Таким образом, выходное напряжение активного интегрирующего устройства есть произведение определенного интеграла от входного напряжения по времени на коэффициент 1/т.

§ 19.3. Линии заджки

Во многих элементах электроники, автоматики и особенно в счетно-решающей технике часто требуется задерживать импульс на какое-то время (з (время задержки) относительно какого-нибудь опорного (время его появления идентифицируется с нулевым моментом) импульса. Устройства, задерживающие выходной импульс относительно входного, называются линиями задержки (ЛЗ). Линии задержки могут бьггь естественными и искусственными.

Простейшей искусственной ЛЗ могут быть RC- или /JL-цепи (рис. 19.11, а, б), которые питаются от генератора прямоугольных импульсов (ГПИ). В обеих указанных цепях выходной импульс в точках 2-2 задерживается относительно входного импульса (точки 1-Г) на Гз = (2 3)т (рис. 19.12). С помощью пороговых устройств можно очень точно зафиксировать з.

К недостаткам таких устройств следует отнести большое искажение импульса и особенно удлинение фронтов.

В сверхбыстродействующих электронных устройствах применяются искусственные ЛЗ. Одна из таких ЛЗ приведена на рис. 19.13, а. Такая многозвенная линия обладает дисперсией времени задержки импульсов, связанной с зависимостью параметров отдельных звеньев от частоты импульсов. Емкость С является постоянной, а индуктивность - переменной. Индуктивные катушки выполнены на ферритовых кольцах. Процессы, происходящие в такой нелинейной дискретной ЛЗ при передаче импульса, описываются нелинейными дифференциальными уравнениями, общее исследование которых достаточно сложное. Рассмотренная ЛЗ обеспечивает задержку импульса на время не меньшее, чем длительность фронта входного импульса, и дает возможность

1 L





Рис. 19.12

получать задержанный импульс с крутым фронтом и значительной амплитудой на низкоомной нагрузке.

На рис. 19.13,6 приведена схема линейной ЛЗ. Длительность задержки одного звена (пунктир на рисунке) ti определяется производной фазочастотной характеристики:

аи с1(0

COcl/l -(ю/Юс)

(19.7)

где сОс = 2/\/ЬС - частота среза. Если соблюдается предположение, что часто™, составляющие спектр сигнала, малы по сравнению с сОс, то = н /LC, где п - число звеньев ЛЗ. Однако при подаче через ЛЗ перепадов напряжений необходимо считаться с неизбежными искажениями фронтов импульсов. Теоретические и экспериментальные исследования показывают, что при идеальном скачке напряжения t/p на входе ЛЗ длительность фронта выходного напряжения для одного звена при согласованной нагрузке, когда /?ц = р, где р - волновое сопротивление ЛЗ, составляет

(ф! =к 1,13 j/Zc, а для к-звенной ЛЗ - в г} раз больше, т. е.

(ф - (ф,«-" = 1,13пУ1Г.

(19.8)

Длительность задержки, отсчитанной от момента подачи входного импульса, до момента, когда напряжение на выходе достигает 0,5[/о, оказьшается для одного звена равной

f3, = l,07l/LC, (19.9)

а для к-звенной ЛЗ

Гз„ = nfi = l,07«/Zc.. (19.10)

Для высокоомных нагрузок пригодна ЛЗ с использованием сегнето-электрика (рис. 10.14), которая состоит из звеньев, содержащих катушку постоянной индуктивности £и нелинейную емкость С (и) в виде конденсаторов с сегнетоэлектриком. Зависимость емкости этих конденсаторов от напряжения обусловлена тем, что диэлектрическая проницаемость у сегнетоэлектрика есть функция напряженности электрического поля

l l l l




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 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 [130] 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148


0.0668