Схемы, не требующие пояснений

 

 

Некоторые полезные идеи

 

На рис. 4.94 показано несколько интересных и удачных схем, заимствованных в основном из технической документации фирм‑изготовителей.

 

 

Рис. 4.94. а    – прецизионный источник тока с использованием полевого МОП‑транзистора;

 

 

Рис. 4.94. б    – инвертирующий усилитель с ломаной характеристикой; коэффициент усиления К увеличивается для входных сигналов, превышающих пороговое значение; в формулах пороговых значений предполагается, что U_диод = 0; пороговое напряжение должно быть > 0,5 В;

 

Рис. 4.94. в    – аналогично б, но коэффициент усиления уменьшается для выходных напряжений выше порогового значения;

 

 

Рис. 4.94.   г – аналогично в, но с компаратором и переключателем; работает как «совершенный» диод (U _д = 0);

 

 

Рис. 4.94. д – благодаря дополнительным ОУ выходной ток увеличен; следите, чтобы не было перегрева;

 

 

Рис. 4.94. е    – токовый монитор;

 

 

Рис. 4.94. ж    – прецизионная схема, поглощающая ток;

 

 

Рис. 4.94.   з – пиковый детектор для отрицательных импульсов;

 

 

Рис. 4.94. и – схема с переменным коэффициентом усиления;

 

 

Рис. 4.94. к   – усилитель с фотодиодом;

 

 

Рис. 4.94. л – схема управления током;

 

 

Рис. 4.94. м    – прецизионный биполярный источник тока;

 

 

Рис. 4.94. н – активный соленоид;

 

 

Рис. 4.94. о    – оригинальный повторитель на полевом транзисторе с 3 выводами;

 

 

Рис. 4.94.   п – логарифмический преобразователь с температурной компенсацией;

 

 

Рис. 4.94. р    – высоковольтная (мостовая) схема для плавающей нагрузки;

 

 

Рис. 4.94. с – сервоусилитель 0,2 А;

 

 

Рис. 4.94. т    – логарифмический преобразователь с широким входным диапазоном и автоматическим обнулением на основе усилителя прерывателя;

 

 

Рис. 4.94. у    – источник тока;

 

 

Рис. 4.94. ф    – быстродействующий логарифмический преобразователь;

 

 

Рис. 4.94. х – усилитель с переменным усилением с небольшими искажениями;

 

 

Рис. 4.94. ц    – биполярный прецизионный ограничитель;

 

 

Рис. 4.94.   ч – высоковольтный ОУ с низким уровнем шума (техническая документация PMI, примеч. по использованию 106);

 

 

Рис. 4.94.   ш – получение удвоенного выходного сигнала в схеме на основе сдвоенного ОУ;

 

 

Рис. 4.94.   щ – быстро действующий пиковый детектор;

 

Рис. 4.94.   э – усилитель для наушников со слабым искажением (техническая документация PMI, примеч. по использованию 106);

 

 

Рис. 4.94. ю – детектор нуля с одним источником питания;

 

 

Рис. 4.94. я    – источник тока Хауленда для управляющих схем преобразования напряжений в ток (от 1 мкА до 1 мА);

 

Рис. 4.94. А   ‑ управляемый напряжением усилитель‑преобразователь с линеаризованной характеристикой;

 

 

Рис. 4.94. Б    – управляемый напряжением (переменного тока) нагрузочный резистор;

 

 

Рис. 4.94. В – управляемый напряжением генератор на основе усилителя‑преобразователя.

 

 

Негодные схемы

 

На рис. 4.95 представлена целая коллекция схем, содержащих заведомые ошибки. Пусть они немного вас позабавят и предостерегут от возможных промахов в работе. Среди них есть несколько настоящих чудищ. Можно гарантировать, что они никогда не будут работать.

Разберитесь, почему. Во всех операционных усилителях используются источники питания ± 15 В; если используются другие напряжения питания, то они указаны на схемах.

 

 

Рис. 4.95. а    – регулируемый ограничитель;

 

 

Рис. 4.95. б    – выходной каскад на ОУ для усилителя звуковых частот со 100‑кратным усилением;

 

 

Рис. 4.95. в    – генератор треугольного сигнала;

 

 

Рис. 4.95. г    – источник тока (программируемый напряжением);

 

 

Рис. 4.95.   д – источник тока на 200 мА;

 

 

Рис. 4.95. е – усилитель постоянного тока (100‑кратный);

 

 

Рис. 4.95. ж    – усилитель звуковых частот со 100‑кратным усилением и однополярным питанием;

 

 

Рис. 4.95. з    – стабилизатор на 15 В;

 

 

Рис. 4.95. и    – операционный усилитель в качестве стабилизатора +15 В;

 

Рис. 4.95.   к – триггер Шмитта;

 

 

Рис. 4.95. л    – 10‑кратный усилитель со связями по переменному току;

 

 

Рис. 4.95. м    – усилитель постоянного тока с перестраиваемым усилением (х10‑x100);

 

 

Рис. 4.95. н – детектор нуля;

 

 

Рис. 4.95. о    – операционные усилители с переключателями;

 

 

Рис. 4.95. п    – управление коэффициентом коэффициентом усиления с помощью полевого транзистора;

 

 

Рис. 4.95. р    – источник тока;

 

 

Рис. 4.95. с – интегратор со сбросом.

 

Дополнительные упражнения

 

 

(1) Разработайте схему «чувствительного вольтметра». Он должен иметь Ζ _вх = 1 МОм и в четырех диапазонах обеспечивать чувствительность от 10 мВ до 10 В. Используйте измерительный прибор с размахом шкалы 1 мА и операционный усилитель. Если потребуется, отрегулируйте сдвиги напряжения. Подсчитайте показания прибора при разомкнутом входе, если: (а) I   = 25 пА (типичное значение для ОУ типа 411) и (б) I_см   = 80 нА (типичное значение для ОУ типа 741). Подумайте о том, какие ограничения следует ввести, чтобы предохранить прибор от повреждений (например, можно ограничить величину тока, чтобы она не превышала 200 % полного размаха шкалы) и защитите входы усилителя от напряжений, которые выходят за пределы питающих напряжений. Как вы думаете: подойдет ли для высокоимпедансных измерений сигналов низкого уровня ОУ типа 741?

(2) Разработайте схему усилителя звуковых частот на основе ОУ типа ОР‑27 (имеет низкий уровень шумов, рекомендуется для использования в усилителях звуковых частот). Усилитель должен иметь следующие характеристики: К   = 20 дБ, Ζ _вх = 10 кОм, точка –3 дБ соответствует частоте 20 Гц. Используйте неинвертирующую схему, предусмотрите, чтобы спад усиления на низких частотах ослаблял влияние входного напряжения сдвига. Разработайте схему с учетом того, что влияние входного тока смещения на выходной сдвиг должно быть минимальным. Учтите, что источник сигнала подключен через конденсатор.

(3) Разработайте схему расщепления фаз (фазоинвертора) с единичным коэффициентом усиления (см. гл. 2) на основе ОУ типа 411. Схема должна иметь высокое входное и низкое выходное сопротивления. Учитывая ограничения по скорости нарастания, оцените грубо максимальную частоту, на которой можно получить полный размах сигнала (27 В от пика до пика при использовании напряжения питания +15 В).

(4) Усилители мощности звуковых частот El Cheapo на верхних частотах возбуждаются из‑за начинающегося с частоты 2 кГц (точка +3 дБ на характеристике) нарастания усиления +6 дБ/октава. Разработайте простой RС‑фильтр, который можно было бы включить между предусилителем и усилителем для компенсации возбуждения. При необходимости RC‑фильтр можно построить на ОУ типа AD611 (еще одна интегральная схема, рекомендуемая для использования в звуковом диапазоне частот) Для предусилителя Ζ _вых = 50 кОм, а для усилителя Ζ _вх = 10 кОм.

(5) Операционный усилитель типа 741 используется в качестве простого компаратора с одним заземленным входом, т. е. в качестве детектора нулевого уровня. На второй вход поступает синусоидальный сигнал с амплитудой 1 В (частота 1 кГц). Чему равно напряжение на входе, когда напряжение на выходе проходит через уровень 0 В? Предположите, что скорость нарастания составляет 0,5 В/мкс, а напряжение насыщения выхода равно +13 В.

(6) На рис. 4.92 дан пример схемы преобразователя отрицательного сопротивления, (а) Чему равно ее входное сопротивление? (б) Диапазон выходного напряжения ограничен значениями U   ₊  и U_  . Каков диапазон входного напряжения, в котором схема работает без насыщения?

(7) Представьте только что рассмотренную схему в виде эквивалентного «черного ящика» с двумя выводами (рис. 4.93). Как с помощью этого двухполюсника построить усилитель постоянного тока с коэффициентом усиления –10? Почему нельзя сделать усилитель постоянного тока с коэффициентом усиления +10? (Подсказка: в определенном диапазоне сопротивлений источника схема работает как «защелка». Чему равен этот диапазон? Какие меры могут, на наш взгляд, здесь помочь?)

 

Глава 5