Дифференциальный операционный усилитель

 

Дифференциальный усилитель усиливает разность между напряжением на неинвертирующем и инвертирующем входах:

 

 

При этом обычно R1 = R2, R3 = Rос, а выходное напряжение определяется формулой:

 

Генераторы

 

Генератор – это узел, предназначенный для получения колебаний определённой формы и частоты.

 

Классификация генераторов

 

По форме генерируемых сигналов:

- генераторы гармонических (синусоидальных) колебаний;

       - LC-генераторы;

       - RC-генераторы;

- генераторы негармонических колебаний.

По способу возбуждения колебаний:

- генераторы с внешним возбуждением (для их запуска на них подают импульсы);

- генераторы с самовозбуждением – автогенераторы (запускаются при включении источника питания).

 

Структурная схема автогенератора

 

Генератор представляет собой усилитель, охваченный положительной обратной связью (ПОС):

Основной параметр усилителя – коэффициент усиления по напряжению Ku:

                                                             (1)

где Uвых – выходное напряжение;

             Uвх – входное напряжение.

Основной параметр обратной связи – коэффициент обратной связи b:

                                                               (2)

где Uос – напряжение обратной связи.

Выразим из формул (1) и (2) Uвых и приравняем:

                                                    (3)

Так как в автогенераторе отсутствует вход, то Uвх = Uос. Заменим в уравнении (3) напряжение Uос на Uвх:

                                                       (4)

Сократим обе части уравнения на Uвх и домножим на b:

                                                          (5)

Уравнение (5) называется балансом амплитуд.

 

Условия самовозбуждения автогенератора

 

Для того, чтобы автогенератор начал генерировать незатухающие колебания необходимо соблюдение двух условий:

1) Баланс амплитуд:

2) Баланс фаз:

n

где j_u – фаза напряжения на усилителе;

       j_b – фаза напряжения на обратной связи;

       n = 0, 1, 2, 3…

Баланс амплитуд справедлив для уже установившегося режима автогенератора. При его проектировании должно соблюдаться условие Ku × b > 1. Тогда при включении источника питания малые напряжения шумов будут вызывать нарастающее напряжение на выходе. По мере увеличения выходного напряжения коэффициент усиления усилителя Ku будет уменьшаться и установится стационарное состояние, при котором Ku × b = 1.

 

LC-генераторы

 

В LC-генераторах используются колебательные контуры – цепи, состоящие из катушек индуктивности L и конденсаторов C.

Последовательный колебательный контур:

Реактивное сопротивление катушки индуктивности:

где f – частота тока.

Реактивное сопротивление конденсатора:

       При X_L = X_C в последовательном колебательном контуре возникает резонанс напряжений. Частота, на которой это происходит, называется резонансной:

       При резонансе напряжений напряжения на катушке U_L и конденсаторе U_C оказываются равны, а общее напряжение Uобщ равно чисто активному U_R и, следовательно, минимально. Векторная диаграмма последовательного колебательного контура:

       Следовательно, на резонансной частоте полное сопротивление последовательного колебательного контура Z также равно чисто активному R и минимально:

Исходя из этого, можно сделать вывод о том, что последовательный колебательный контур хорошо пропускает колебания, частота которых равна его резонансной частоте или близка к ней, и почти не пропускает колебания других частот.

Параллельный колебательный контур:

       При X_L = X_C в параллельном колебательном контуре возникает резонанс токов. Это происходит на резонансной частоте:

       При резонансе токов токи на катушке I_L и конденсаторе I_C равны, а общий ток Iобщ равен чисто активному I_R и, следовательно, минимален. Векторная диаграмма параллельного колебательного контура:

       На резонансной частоте проводимости катушки B_L и конденсатора B_C равны, а полная проводимость Y равна чисто активной G и минимальна:

Исходя из этого, можно сделать вывод о том, что параллельный колебательный контур почти не пропускает колебания, частота которых равна его резонансной частоте или близка к ней, и хорошо пропускает колебания других частот.