Вопросы для самопроверки
1. Приведите схему усилителя аналогового сигнала на логических элементах (ЛЭ).
2. Объясните назначение компараторов и соотношение между входным и выходным напряжениями.
3. Приведите схему простейшего компаратора и его передаточную характеристику.
4. Приведите схему суммирующего компаратора с ограничением выходного напряжения.
5. Объясните назначение триггера Шмитта и приведите временные диаграммы, которые объясняют его работу.
6. Приведите схему инвертирующего триггера Шмитта.
7. Приведите схему неинвертирующего триггера Шмитта.
Литература для дополнительного изучения [2, с.3-5]; [3, с.4,5]; [4, с.3-5].
Лекция 12. Предварительная обработка входных аналоговых сигналов
Цель лекции: Проанализировать вопросы, которые возникают при согласовании разнообразных устройств автоматики.
Вопросы, которые рассматриваются на лекции:
1. Инверторы и преобразователи масштаба.
2. Предварительная обработка входных аналоговых сигналов.
3. Масштабирующие звенья на ОУ с одним источником питания.
Схемы на ОУ могут выполнять аналоговые вычисления и другие математические операции. Однако все большее преимущество отдается цифровым методам обработки сигналов в силу большей гибкости этих методов и упрощения аппаратных средств их реализации. Аналоговая обработка сигналов может иметь преимущество в тех случаях, когда цифровая обработка занимает много времени.
Очень часто возникает необходимость в инвертировании сигнала и изменении масштаба напряжения. Инвертирующий усилитель может обеспечить необходимое изменение масштаба и инверсию знака при выборе соответствующего значения отношения (см. рисунок 3.1).
Сигнал переменного тока промасштабувати с помощью названных устройств. Но иногда источник сигнала кроме сигнала переменного тока содержит постоянную составляющую, которую для сохранения динамического диапазона звена нецелесообразно усиливать. Поэтому во входную цепь вводят разделительные конденсаторы.
В масштабном инвертирующем звене (рисунок 12.1 а) емкость конденсатора рассчитывают исходя из допустимого уменьшения коэффициента усиления на наиболее низкой частоте сигнала
(12.1)
где – допустимый коэффициент уменьшения коэффициента усиления;
– коэффициент усиления на максимальной частоте;
– коэффициент усиления на минимальной частоте.
Расчет сопротивлений и звена осуществляют по приведенном ниже соотношению
= ,
но при низких частотах (десятки-сотни герц) стремятся, увеличить сопротивление R 1 с целью уменьшения емкости Ср.
Масштабное неинвертирующее звено (рисунок 12.1 б) рассчитывается аналогично расчету инвертирующего звена, при этом
= ,
а С р находим по соотношению (2.12), в котором вместо сопротивления R 1 необходимо подставить сопротивление R 2.
Его выбирают довольно большим (1...2 М), так как входное сопротивление усилителя здесь практически равняется сопротивлению для синфазного сигнала (обычно 100...1000 Г) благодаря контуру обратной связи.
Рисунок 12.1 – Масштабирование сигнала переменного тока
Для устройств, которые содержат немного ОП и цифровые схемы с одним источником питания, желатель не увеличивать число последних. Тогда на вход ОП подают напряжение сдвига , который обеспечивает на выходе напряжение при U c = 0 (рисунок 12.2 а, б)
Рисунок 12.2 – Масштабуючі нивки с одним источником питания
По правилу 1 напряжения на входах одинаковые. Отсюда несложно составить равенству
– для входов, которые неинвертируют;
– для входов, которые инвертируют.
После простейших преобразований находим для звена, которое инвертирует
, ,
а для звена, которое неинвертирует, получим
, ,
где К м – заданный коэффициент масштабування.
Значения сопротивлений R 1,..., R 3, R ос находят также, как и в обычных масштабных нивках.