Интегратор и дифференциатор

 

Интегратор, схема которого показана на рисунке 5.6, реализует операцию, представленную выражением (5.7)

, (5.7)

где t = R₁C_о.с - постоянная времени.

Дифференциатор, смотри рисунок 5.7,а выполняет операцию, представленную выражением (5.8)

 

U_вых =- R _о.с C =-t . (5.8)

 

 

 

Рисунок 5.6 - Интегратор

 

Для интегратора и дифференциатора на инвертирующий вход подаются прямоугольные импульсы с выхода симметричного мультивибратора. На рисунке 5.7,б приведен электрический аналог и на рисунке 5.7,в временные диаграммы, поясняющие принцип дифференцирования и интегрирования в электрических и электронных цепях.

а) дифференциатор; б) электрический аналог интегратора и дифференциатора; в) временные диаграммы

 

Рисунок 5.7 – Дифференциатор, электрические аналоги и временные диаграммы интегратора и дифференциатора

 

Избирательный усилитель

На рисунке 5.8 показан избирательный усилитель с частотно-зависимым двойным Т-образным мостом на базе резисторов R₁, R_2, R₃ и конденсаторов C_1, C₂, C₃, подключенным по схеме отрицательной обратной связи, для которого верно выражение (5.9)

w₀ = . (5.9)

Рисунок 5.8 – Избирательный усилитель

 

Мост выполняется симметричным, т.е. верны выражения (5.10) – (5.12)

R ₁= R ₂= R, (5.10)

C ₁= C ₂= C (5.11)

R ₃= . (5.12)

Если C₃=C₁+C₂=2C, тогда частота рассчитывается по формуле (5.13)

w₀= . (5.13)

 

Генераторы на ОУ

 

Мультивибратором называется генератор периодически повторяющихся импульсов прямоугольной формы. Мультивибратор является автогенератором и работает без подачи входного сигнала. Рассматриваемый генератор является симметричным и для него длительность импульса и паузы рассчитываются по формулам (5.14) и (5.15)

t _и= t _n= R _{о. с} C×ln(1+ ), (5.14)

При R ₁= R ₂

t _и= t _п= R _о.с C×ln3, (5.15)

Период повторения импульсов находят из выражения (5.16), а скважность по формуле (5.17)

Т _п=(t _и+ t _п)=2 t _и, (5.16)

Q = . (5.17)

Изменяя t = R _о.с C и величины R ₁, R ₂, можно регулировать длительность, частоту и амплитуду импульсов.

Генератор гармонических колебаний с мостом Вина на базе ОУ, смотри рисунок 5.9, является самовозбуждающимся устройством. Мост Вина, состоящий из элементов R ₁, R ₂, C ₁, C ₂, образует звено частотно-зависимой положительной обратной связи, для которого частота генерации частотно-зависимой цепи находится по формуле (5.18)

f ₀= (5.18)

 

 

 

Рисунок 5.9 - Генератор гармонических колебаний с мостом Вина

 

При R ₁= R ₂= R и C ₁= C ₂= C (условие обязательное) частота генерации рассчитывается по формуле (5.19)

f ₀= . (5.19)

Соотношение параметров R _о.с и R ₀ определяет коэффициент усиления k _u.

Пороговые устройства

Пороговые устройства предназначены для сравнения двух входных величин. В рассматриваемых схемах сравниваются постоянное U _оп и переменное U _вх напряжения.

На рисунке 5.10,а приведен двухвходовый компаратор, у которого сравнивающиеся сигналы поступают на оба входа усилителя. Поэтому состояние выхода компаратора (полярность выходного напряжения) определяется большим по уровню напряжением одного их входов, что отражает идеализированная (без учета гистерезиса) передаточная характеристика, смотри рисунок 5.10,б. При равенстве входных напряжений выходное напряжение равно нулю. При DU _вх= U _оп- U _вх> 0 наряжение на выходе ОУ будет равно U _вых= U _вых.m, если же DU _вх= U _оп- U _вх< 0, то U _вых= - U _вых.m.

Уровень входного напряжения компаратора ограничивается допустимым синфазным входным напряжением. Принцип работы устройства поясняется временными диаграммами для U _вх и U _вых, смотри рисунок 5.10,в. Обратные связи для этого компаратора не предусмотрены ни по одному их входов.

Для ускорения процесса переключения используют ускоряющие цепи на основе введения положительных обратных связей (ПОС). Такой компаратор с ПОС называется также триггером Шмитта.

 

 

 

 

а) схема двухвходового компаратора; б) передаточная характеристика; в) временные диаграммы для входного и выходного напряжения

 

Рисунок 5.10 - Двухвходовый компаратор