Электроника - практический курс - Джонс М.Х.
ISBN 5-901095-01-4
Скачать (прямая ссылка):
скачкам входного сигнала (рис. 11.21).
На практике работать с дифференциаторами на основе ОУ трудно из-за их
большой восприимчивости ко всевозможным шумам во входной цепи, в
частности, по отношению к импульсам помех, которые могут наводиться от
электрических переключений и т.п. Действующее напряжение шума может быть
совсем небольшим, но часто скорость его изменения весьма велика и это
приводит к большим по величине паразитным сигналам на выходе
дифференциатора. По этой причине избегают применения дифференциаторов в
практических схемах везде, где это только возможно. Если нельзя обойтись
без дифференциатора, то можно понизить чувствительность к помехам,
ослабляя эффективное усиление в усилителе на высоких частотах. Для этого
последовательно с конденсатором С включают резистор (типичное
сопротивление 1 кОм), а параллельно резистору R - конденсатор небольшой
Преобразователь тока в напряжение 299
"оч||
+
о
Рис. 11.21. Входной сигнал прямоугольной формы и соответствующее ему
выходное напряжение дифференциатора на основе ОУ.
емкости (типичное значение 100 пФ), и экспериментально подбирают значения
этих параметров так, чтобы достичь приемлемого компромисса между
чувствительностью к помехам и точностью дифференцирования.
11.10 Преобразователь тока в напряжение
В большинстве случаев электронные схемы предназначены для обработки
сигналов, представленных в виде напряжения. Однако иногда приходится
иметь дело с сигналом в виде тока; такие сигналы возникают, например, на
выходе фотоумножителя или фотодиода. Тогда желательно при первой
возможности преобразовать токовый сигнал в напряжение. Простейшим
преобразователем тока в напряжение является одиночный резистор (рис.
11.22(a)), но у такого преобразователя относительно велики входное и
выходное сопротивления (равные R). Для токового входного сигнала не
требуется, чтобы входное сопротивление было большим; чем оно больше, тем
хуже частотная характеристика на высоких частотах, когда значительной
является собственная емкость источника сигнала. На рис. 11.22(b) показан
преобразователь тока в напряжение на основе ОУ; в этой схеме входной ток
течет непосредственно в мнимую землю. Здесь входное сопротивление очень
мало, и это значит, что емкость кабеля фактически не действует. Кроме
того, выходное сопротивление схемы также мало благодаря ОУ.
300 "Строительные блоки" аналоговой электроники на интегральных
микросхемах
Источники питания подключены, как на рис. 11.5
Рис. 11.22. Преобразователи тока в напряжение: (а) простой резистор, (Ь)
вариант с мнимой землей.
Используя обычные предположения об ОУ, имеем V = 'и, •
Поскольку Е - это мнимая земля, то
Vqui - ~~Rfhn • 1.6)
11.11 Частотные характеристики схем на основе ОУ
Чтобы обеспечить устойчивость при любой глубине обратной связи, ИС 741,
подобно большинству ОУ, содержит внутренний конденсатор коррекции,
который обеспечивает на высоких частотах спад первого порядка (-6 дБ на
октаву). Таким образом, максимальный сдвиг по фазе не может превосходить
90° на всех частотах, где коэффициент усиления без обратной связи больше
единицы; следовательно, обратная связь не может стать положительной и
вызвать неустойчивость (см. параграфы 4.6 и 7.7).
Частотные характеристики схем на основе ОУ 301
Хотя в простых схемах с минимумом внешних компонентов и осуществляют
внутреннюю коррекцию, это накладывает ненужное ограничение на ширину
полосы усилителя с коэффициентом усиления напряжения больше единицы.
Происходит это потому, что внутренняя коррекция должна быть достаточной
для обеспечения устойчивости схемы в режиме повторителя напряжения (с
единичным коэффициентом усиления, со 100%-ной обратной связью).
Устойчивость могла бы быть достигнута и при больших коэффициентах
усиления с меньшим ослаблением на высоких частотах, но фиксированная
коррекция в ОУ, подобных ИС 741, означает, что жертвуют шириной полосы, в
пределах которой коэффициент усиления больше единицы. Произведение
усиления на полосу фиксировано и равно примерно 1 МГц (ширина полосы
измеряется на уровне -3 дБ), что приводит к частотным характеристикам,
показанным на рис. 11.23. Например, при коэффициенте усиления, равном
100, частотная характеристика падает приблизительно на 3 дБ на частоте 10
кГц. Это значение не соответствует требованиям, которые в большинстве
случаев предъявляются к аппаратуре звукового диапазона; следовательно,
для получения приемлемого качества коэффициент усиления одиночной ИС 741
с обратной связью в устройствах звукового диапазона должен быть ограничен
значением порядка 20.
Ограничения на ширину полосы, накладываемые внутренней коррекцией, будут
менее жесткими если ИС 741 заменить на ОУ 748. Внутри ИС 748 идентична ИС
741, за исключением конденсатора коррекции, который отсутствует и должен
быть подключен снаружи. Нужен только один конденсатор, включенный так,
как показано на рис. 11.24; его емкость определяется задаваемой глубиной
