Главная » Мануалы

1 ... 40 41 42 43 44 45 46 ... 51

полненные на операционных усилителях и предназначенные для генерации импульсов. Ждущий мультивибратор, иногда называемый одновибратором или мультивибратором с одним устойчивым состоянием, можно построить и на других активных элементах, а не только на операционных усилителях. Однако схемы, выполненные на операционных усилителях, ао сравнению с обычными схемами на транзисторах или электронных лампах имеют широкий диапазон регулировки длительности импульсов и повышенную температурную стабильность.

10.4.1. Ждущий мультивибратор на одном операционном усил> телг

Сравнительно простую схему ждущего мультивибратора можно построить всего лишь на одном операционном усилителе. Такая очень простая схема (фиг. 10.21, а) будет достаточно точной, если включенные навстречу друг другу стабилитроны обладают хорошей температурной стабильностью. Если же таких диодов нет, то вместо них можно использовать диодную мостовую схему с обычным стабилитроном, как показано на фиг. 10.21,6. Отметим, что в устойчивом состоянии выходное-напряжение схемы равно +Vz, а напряжение на конденсаторе Vc фиксируется на уровне приблизительно + 0,6 В. Отрицательный импульс амплитудой более -Vz/2 вызовет скачкообразное изменение выходного напряжения к отрицательному уровню - Vz. После этого конденсатор начинает заряжаться до напряжения - Vz через резистор Ri. Но когда напряжение Vc становится более отрицательным, чем -Vz/2, выходное напряженяе

\ WkOm

Запуск <

фиг. 10.21. Жду 1ий мультивибратор (а) и мостовой, ограничитель (б).

Такая схема обеспечивает хорошие характеристики при постоянной времени 10 мс и более. При меньших значениях постоянной времени становится ощутимым время переключения усилителя из одного состояния насыщения в другое.

10.4.2. Прецизионный широкодиапазоииый ждущий мулыизибратор -

На фиг. 10.22 приведена более сложная схема ждущего мультивибратора. Эта схема содержит три операционных усилителя, но зато она позволяет регулировать чувствительность по входу запускающего импульса, обладает очень широким диапазоном регулировки длительности импульсов; кроме того, выходные импульсы этой схемы имеют плоскую и'хорошо контролируемую вершину. Для данной схемы практически можно использовать любые операционные усилители. Однако если нужно получить короткие импульсы с очень крутыми фронтами, то следует выбрать операционные усилители с большой скоростью нарастания выходного напряжения, большими номинальными выходными токами и хорошими характеристиками установления. В принципе описанная схема очень похожа на схему генератора колебаний треугольной формы (фиг. 10.10). Основное отличие состоит в том, что интегратор заперт до тех пор, пока запускающий импульс не начнет рабочий цикл.

Чтобы пояснить работу схемы, заметим, что в режиме покоя (пускового импульса нет) на выходе напряжение ео равно 10 В,

снова скачкообразно возвращается к уровню -\-Vz- На этом завершается процесс генерации одного импульса. Теперь конденсатор Cl заряжается через /?2 и и подготавливается к следующему циклу. При Rz <С R\ время восстановления может быть много меньше длительности выходного импульса.

Для тех применений, где скорость следования импульсов очень мала и время восстановления не имеет большого значения, цепочку Rz, Dz в схеме на фиг. 10.21, а можно опустить. Кроме того, если используется усилитель с хорошими характеристиками насыщения (например, операционные усилители фирмы Burr-Brow типа 3401 или 3402), то можно обойтись без стабилитрона и резистора Rs. Напряжение Vc{t) определяется выражением

Fc(0==(lz + 0.6)e-W.-1/. (10.41)

Длительность импульса

V = P.Ci In (\ °А /jCi In 2. (10.42)

r~0,7p,Ci. (10.43)

Ф и г. 10.22. Схема прецизионного ждущего мультивибратора.

а вход усилителя Ai поддерживается при напряжении приблизительно -0,6 В диодом, шунтирующим цепь обратной связи. Вход усилителя Лг находится также при напряжении приблизительно -0,6 В. Если теперь на усилитель Лг через резистор 5 кОм поступит отрицательный импульс с амплитудой не менее 5 В, то троизойдет переброс усилителей Лг и Лз, в результате чего напряжение на выходе Лз станет равным -10 В. Процесс переключения носит регенеративный характер. Запускающий импульс должен быть значительно короче импульса, который нужно получить на выходе схемы, однако он должен быть достаточно длительным, чтобы произошло переключение. Когда потенциал на выходе усшителя Лз становится отрицательным, интегратор Л] выполняет интегрирование от -0,6 до +10-В со скоростью, определяемой постоянной времени RiCi. Когда на выходе Ai достигается уровень -f 10 В, компаратор Лг переключается в свое отрицательное состояние и напряжение на выходе схемы снова возвращается к уровню -flO В. На этом завершается формирование одного импульса ждущего мультивибратора. Напряжение на входе интегратора- очень быстро возвращается к уровню -0,6 В благодаря наличию входного резистора 500 Ом, после чего схема готова к приходу следующего запускающего импульса. Длительность импульса на выходе-Схемы определяется формулой

Г~ l,06/?,Ci. (10.44)

Схема 10.22 с указанными значениями номиналов легко позволяет получить импульсы длительностью от 10 до 100 мкс.

ЛИТЕРАТУРА

1. Когп G. А., Когп т. М., Modern Servomechanism Testers, Electron. Eng. (September, 1950).

2. Howe R. M., Leite C, Low-frequency Oscillator, Rev. Sci. Instrum., 24, 901 (1953).

3. К 0 r n G. A., Korn T. M., Electronic Analog and Hybrid Computers, McGraw-Hill, New York, 1964; есть русский перевод: Корн Г., Корн Т., Электронные аналоговые и аналого-цифровые вычислительные машины, изд-во Мир , 1967.

4. Applications Manual tor Operational Amplifiers, Philbrick/Nexus Research, Dedham, Mass., 1965.

5. Handbook and Catalog of Operational Amplifiers, Burr-Brown Research Corporation, Tucson, Ariz., 1969.

6. Pettitt J. M., Electronic Swiching, Timing, and Pulse Circuits, McGraw-Hill, New York, 1959.

и ДЕМОДУЛЯЦИЯ

Общие положения

Поскольку, как это следует из предшествующей главы, опе-.. рационные усилители используются для генерирования синусоидальных колебаний, последовательностей импульсов и многих других функций, вполне естественно рассмотреть применение операционных усилителей для модуляции и демодуляции сигналов. Эти функции обычно можно реализовать в схемах, представляющих собой комбинации интеграторов, умножителей, компараторов и прецизионных вентилей. В данной главе будут описаны схемы на операционных усилителях, которые можно использовать для осуществления трех видов модуляции: амплитудной, частотной и широтно-импульсной. Кроме того, будут рассмотрены схемы для демодуляции сигналов.

11.1. Амплитудная модуляция

11.1.1. Использованиг умножитглэй для амплитудной модуляции [6]

Самый прямой путь к достижению амплитудной модуляции-это использовать умножитель так, как было описано в гл. 7. Схема такого модулятора в общем виде показана на фиг. 11.1. На практике сравнительно часто встречаются некоторые частные случаи модуляции такого типа. Так, несущая ее часто имеет форму синусоидального колебания. Если модулирующий сигнал ем изменяется в обе стороны относительно, нуля, то несущая подавляется. Если же модулирующий сигнал также

Вход модуляции e.(t)

Фиг. 11.1. Амплитудная модуляция.

имеет синусоидальную форму, то напряжение на выходе равно бо = Кем (О ее W = k(A sin t) (В sin щ1) = = /г^ЛВ [cos(юс - cojn) - cos (юс + cojn)]. (ИЛ)

Как видно из этого уравнения, на выходе имеются две боковые частоты, а несущая подавлена. Таким образом, мы заключаем, что использование умножителей представляет собой простой и прямой путь осуществления амплитудной модуляции.

11.1.2. Амплитудно-импульсная модуляция

Итак, умножители являются наиболее общим средством реализации амплитудной модуляции, однако амплитудная модуляция, используемая для получения последовательности импульсов, выглядит более простой, так как несущая в этом случае имеет только два уровня амплитуды: +V и 0. Следовательно, амплитудно-имяульсную модуляцию можно осуществ?1ть при помощи вентильных схем. Ниже будет описано несколько схем амплитудно-импульсных модуляторов.

1. Амплитудно-импульсный модулятор на транзисторном вентиле. В амплитудно-импульсном модуляторе с транзисторным вентилем (фиг. 11.2, а) входная последовательность импульсов ее управляет переключением транзистора Qi из проводящего состояния в непроводящее и обратно. Напряжение модуляции ем всегда отрицательно и изменяется в пределах от О до -10 В. Когда ее равно --10 В, Q\ не проводит и напряжение на выходе бо равно {-ем - Vb)- Когда напряжение ее спадает приблизительно до О, транзистор Qi переходит в проводящее насыщенное состояние, так как он через резистор 33 кОм подключен к источнику смещения -15 В. Теперь напряжение ео будет равно (-Fb -2У^сЕ(ыасыщ))- Напряжение Vcjs(Hacbnu) можно сделать очень малым, выбрав транзистор с малым 1/сЕ(насыщ), а сопротивления Pi/2 сравнительно большими. В типичном случае при использовании переключательных транзисторов Vешдасыщ) будет иметь величину в пределах от 20 до 200 мВ.

На фиг. 11.2,6 показаны типичные формы сигналов в рассматриваемой схеме. Вместо биполярного транзистора при желании можно использовать полевой. В случае полевых транзисторов смещение в проводящем состоянии обычно получается меньшим, но прямое прохождение сигнала через паразитные емкости в моменты переключений может быть больше. Величину смещения можно также уменьшить путем инвертирования транзистора (переменить местами коллектор и эмиттер), но при этом может несколько измениться динамический диапазон.

2. Амплитудно-импульсный модулятор с прецизионным ограничителем [1, 3]. Второй способ амплитудно-импульсной модуля-

ЦИИ связан с использованием диодов. При этом диодные мосты могут играть роль вентилей, но получаемая точность зависит от характеристик самих диодов. Если же использовать описанную в разд. 7.2.3 схему прецизионного ограничителя, то можно построить весьма точный амплитудно-импульсный модулятор с широким динамическим диапазоном.

*15Бо-ААЛ-

-f5B о

40 Б

Огибающая модуляции

Фиг. 11.2. Амплитудно-импульсная модуляция, с-схема с транзисторным аентилем; б-форма сигналов в схеме.

Схема такого амплитудно-импульсного модулятора приведена на фиг. 11.3, а. Пусть в этой схеме ее есть последовательность импульсов (фиг. 11.3,6), нарастающих от малого, близкого к нулю напряжения до высокого положительного напряжения

о-чЛЛЛ-,

Buodhtfe +-сигналы

Выходное напряжение. 40 I g

JL-jl

Огибающая модуляции

Фиг. 11.3. Прецизионпая схема амплитудно-импульсного модулятора (о) и

форма сигналов (б).

Приблизительно +10 В. Напряжение модуляции ем симметрично относительно нулевого уровня и изменяется в пределах ±4 В. Усилитель Al имеет два возможных выходных сигнала: ei = = -ее -ем-Vb при условии, что (-ее - ем - 1в) < О, или ei = О, если (-ее - ем - Vb) > 0. Усилитель А^ также имеет два возможных сигнала на выходе: ео = -ее - (-ее - ем - - Vb) = ем + Vb при ei < О или ео = -ее при ei = 0. Если напряжение Ен более положительно, чем ем + , то вх будет отрицательно и на выходе мы получим вм + Vb. Если же {вм + Vb) < О, то ei будет равно О, когда ее мало, и на выходе будет 0. Типичные формы сигналов для данной схемы показаны на фиг. 11.3,6 для случая, когда напряжение смещения Vb взято равным -5 В.

11.2. Частотная модуляция

В этом разделе мы рассмотрим использование схем на операционных усилителях для осуществления частотной модуляции. Такими схемами являются генератор, управляемый напряжением, и преобразователь напряжение-частота.

t1.2.1. Генератор, управляемый напряжением

Рассмотрение частотных модуляторов начнем с генератора, управляемого напряжением (ГУН). Такой генератор дает на выходе синусоидальное напряжение, частота которого пропорциональна управляющему напряжению постоянного тока. Амплитуда выходного напряжения может быть как регулируемой, так и нерегулируемой. Выходное синусоидальное напряжение может содержать очень мало искажений или же, напротив, уровень искажений может быть высоким, что для ряда применений несущественно. Основными характеристиками ГУН являются линейность зависимости изменений частоты от входного управляющего напряжения и динамический диапазон девиации частоты.

Один из простых вариантов построения ГУН состоит в том, чтобы управлять частотой генератора прямоугольных колебаний и затем путем фильтрации получать на выходе основную гармонику синусоидальных колебаний. Таким образом, сочетание схем, преобразующих напряжение в частоту, с некоторыми видами фильтров (см. гл. 8) позволяет создать ГУН.

/. Высококачественный ГУН. В системах телеметрии иногда бывает нужно, чтобы ГУН давал как синфазный, так и квадратурный сигнал. В некоторых случаях в измерительной технике желательно, чтобы колебания начинались с некоторой определенной фазой. Схема, пригеленная иа фиг. 11.4, обладает такими свойствами и вместе с тем характеризуется высокой точностью.

ft: о-

Управление л режимом

+10В Синус-косинусыш поптенциолсетр

ТО Sin в Beog на- I

/у/т tuijiTJn

,чального

Ш-1/25

условия

-Ш условия. Юсозв R -

Интегратор 4013-1/25

Асов cut

А sin cot

sinwt.

Фиг. 11.4. Схема высококачественного генератора, управляемого напряжением.

1 ... 40 41 42 43 44 45 46 ... 51