Студопедия
Новини освіти і науки:
МАРК РЕГНЕРУС ДОСЛІДЖЕННЯ: Наскільки відрізняються діти, які виросли в одностатевих союзах


РЕЗОЛЮЦІЯ: Громадського обговорення навчальної програми статевого виховання


ЧОМУ ФОНД ОЛЕНИ ПІНЧУК І МОЗ УКРАЇНИ ПРОПАГУЮТЬ "СЕКСУАЛЬНІ УРОКИ"


ЕКЗИСТЕНЦІЙНО-ПСИХОЛОГІЧНІ ОСНОВИ ПОРУШЕННЯ СТАТЕВОЇ ІДЕНТИЧНОСТІ ПІДЛІТКІВ


Батьківський, громадянський рух в Україні закликає МОН зупинити тотальну сексуалізацію дітей і підлітків


Відкрите звернення Міністру освіти й науки України - Гриневич Лілії Михайлівні


Представництво українського жіноцтва в ООН: низький рівень культури спілкування в соціальних мережах


Гендерна антидискримінаційна експертиза може зробити нас моральними рабами


ЛІВИЙ МАРКСИЗМ У НОВИХ ПІДРУЧНИКАХ ДЛЯ ШКОЛЯРІВ


ВІДКРИТА ЗАЯВА на підтримку позиції Ганни Турчинової та права кожної людини на свободу думки, світогляду та вираження поглядів



Пристрої аналогової обробки сигналів

 

Використовуючи той чи інший вид ОЗ, на базі ОП ми можемо реалізувати пристрої аналогової обробки сигналів, тобто пристрої, які дають змогу виконувати математичні операції з аналоговими сигналами. При цьому досить просто реалізувати схеми інтегрування, диференціювання, логарифмування, потенціювання, додавання. Використання комбінацій зазнечених операцій дають змогу виконати операції множення, ділення тощо.

 

Інтегруюча ланка Схема інтегрування електричного сигналу може бути здійснена за схемою

(рис.5.9).


 

 


 

 

R


С


 

                       
Uвх               Uвих  
               
     
                       
                       
                       

Рис.5.9

 

Операція інтегрування аналогових сигналів найбільш ефективно виконується з допомогою схеми, виконаної на ОП, ОЗ в якій містить конденсатор, ємність якого за визначенням.

 

              C Q .            
                     
                      U              
Використовуємо принцип віртуального замикання:      
    Uвх                           Q   t  
Iвх   , Uвих UC ,   де UC   Iвх (t) d(t).  
       
Отже,   R                         C C 0  
                                       
              t                    
        Uвих   Iвх (t) d(t).      
          C        
                                 
Підставивши відповідне значення Івх, отримаємо      
                t Uвх (t) d(t);      
        Uвих            
          C          
                  R      
                        t      
або       Uвих         Uвх (t) d(t).    
                   
                  RC            

Якщо величина вхідної напруги – константа, то вихідна напруга буде дорівнювати

 

Uвих U t U0.  
RC  
     

Якщо вхідний сигнал буде гармонійним, наприклад, косинусоїдальним

Uвх (t) U cos t ,

 

то


Uвих

RC


 

sin t U U0 .


 

Зростання частоти вхідного сигналу буде супроводжуватись зменшенням амплітуди вихідного зі швидкістю – 6 дб (тобто 6 дб при зміні у два рази). Така залежність амплітуди вихідного сигналу від частоти є характерною ознакою інтегруючої ланки.

 

При використанні реального операційного підсилювача слід враховувати вхідний струм Ів при відсутності сигналу й зміщення нуля підсилювача (наявність напруги U0), оскільки вплив цих параметрів збільшується з часом. При встановленні нульової вхідної напруги Uвх 0 через конденсатор буде протікати струм, зумовлений наявністю вказаних джерел похибок:


 


 

Рис.5.10

 

I c   U0 I B  
R  
       

Внаслідок цього буде змінюватись і вихідна напруга:

dUвих   U0    
      IC         IB  
dt C   R  
      C    

При струмі Ів , що дорівнює, наприклад ,1мкА, вихідна напруга буде зростати на 1В кожної секунди, якщо С=1мкФ. З отриманого рівняння випливає, що при заданій величині постійного часу вхідний струм, при відсутності сигналу, буде тим меншим, чим більше значення ємності конденсатора використано в інтеграторі. Загалом, величина ємності конденсатора С не може бути вибрана як завгодно великою. Як правило, величину ємності конденсатора слід вибирати такою, щоб вплив Ів не перевищував U0. Для цього необхідно, щоб виконувалась умова

 

IB U0 U0e . R

Так, наприклад, якщо необхідно з допомогою конденсатора ємністю 1 мкФ забезпечити постійну інтегрування τ, яка дорівнює одну секунду, і використати операційний підсилювач, напруга зміщення якого не перевищуватиме 1мВ, то вхідний струм, при відсутності ємності, повинен бути не більше

IB 1мкФ1мВ1мА.

1с

 

Операційний підсилювач із біполярними транзисторами на вході не в змозі забезпечити такий низький рівень струму при відсутності вхідного сигналу. В цьому випадку використовують метод компенсації цього струму.

 

Рис. 5.11

 

Величина опору резистора R1 того ж порядку, що й величина опору R. Спад напруги на резисторі R1 дорівнює R1Ів. Якщо Uвх=0, то, оскільки U U , через R

 

 


протікатиме струм

I U U .

R R

Оскільки R1=R, то

I U R1IB IB .

R1 R1

 

При цьому струм через конденсатор буде дорівнювати нулю.

 

Змінюючи в певних межах величину опору резистора R1, можна також скомпенсувати зміщення нуля U0. Нескомпенсованим залишається дрейф вхідних струмів, який для операційних підсилювачів на біполярних транзисторах може бути достатньо великим. З цієї точки зору слід надавати перевагу операційним підсилювачам із польовими транзисторами на вході, для яких вхідний струм при відсутності сигналу найбільш малий, що немає

 

необхідності в компенсації.

Похибки інтегрування можуть бути зумовлені струмами витікання конденсатора оберненого зв'язку. В електролітичних конденсаторах ці струми складають приблизно одиниці мікроампер, тому їх використання в інтеграторах не припустиме. Як правило, для цих цілей використовують метало-паперові конденсатори, однак їх використання при ємностях більше 10 мкФ утруднене.

 

У деяких випадках виникає необхідність задавати на виході інтегратора певний фіксований рівень напруги, зупиняти роботу інтегратора при досягненні певного рівня. Такі функції можна отримати з допомогою додаткових елементів, введених до схеми.

 

 

Рис. 5.12

 

Якщо у схемі ключ S2 розімкнуто, а S1 замкнутий, то ми отримуємо звичайний інтегратор напруги U1. Розімкнувши S1, для випадку ідеального інтегратора забезпечимо нульовий зарядний струм. При цьому вихідна напруга зафіксується на величині, що відповідатиме моменту вимкнення. Такий режим роботи інтегратора використовується в тому випадку, коли на виході інтегратора необхідно забезпечити постійне значення напруги. Для того, щоб забезпечити початковий рівень вихідного сигналу, слід розімкнути ключ S1 і замкнути S2. У цьому випадку схема працює як звичайний інтегруючий підсилювач з вихідною напругою

 

Uвих U2 R3. R2


 


Диференцююча ланка Операцію диференціювання сигналу можна здійснити з допомогою

електронної схеми, наведеної на рис. 5.13.

 

Рис. 5.13

 

Величину вхідного струму можна визначити як швидкість зміни заряду накопичення в конденсаторі

Iвх   dQ , де Q=CU.  
   
    dt  

Підставивши відповідні значення, отримаємо

 

Iвх C dU . dt

Отже,

 

Uвих UR R Iвх RC dU . dt

Розглянемо випадки:

а) якщо U = const, то Uвих = 0;

б) якщо U = U0 ∙ t, то Uвих = –RCU0, отже, вихідна напруга буде мати фіксова-ний рівень;

в) якщо U = U0 ∙ sin t, то Uвих = –RCU0 ∙ cos t.

 

У даному випадку зростання частоти вхідного сигналу супроводжується зростанням амплітуди вихідного сигналу. Такий характер частотної залежності вихідного сигналу є характерною рисою диференціюючої ланки.

 

Перш ніж перейти до розгляду схем потенціювання та логарифмування розглянемо узагальнену ВАХ діода. В аналітичному вигляді вона може бути такою

        UД    
I Д IS     e   UT    
      1 .  
             
               

У даному випадку UT – термічний потенціал, причому

 

UТ m kT , e

де

 

k – стала Больцмана;

Т – абсолютна температура Кельвіна; е – заряд електрона;

 

m – деякий параметр, величина якого змінюється від 1 до 2.

При 300ºК величина UТ ≈ 26 мВ. При UД > UТ струм, що протікає через діод,

 

 


буде визначатись формулою

 

UД

I Д IS eUТ ,

 

де

UД – спад напруги на діоді;

ІД – струм, що протікає через діод.

 

Схема потенціювання На рис. 5.14 наведена принципова електрична схема потенціювання.

 

 

Рис.5.14

 

Використовуємо принцип віртуального замикання, при цьому вхідний струм

 

U Д

 

Iвх I Д IS eUТ ;

Uд

Uвих UR R Iвх R IS eUТ .

За принципом віртуального замикання UД = Uвх, отже,

Uвх

Uвих R IS eUТ .

 

Схема логарифмування

Якщо поміняти місцями елементи R та VD схеми (рис.5.14), то ми отримаємо схему здійснення математичної операції логарифмування (рис.5.15).

 

 

Рис.5.15

 

Величина вхідного струму буде визначатись формулою

Iвх Uвх .

R

 

Щоб знайти спад напруги на діоді UД, потрібно виконати логарифмування виразу


 


 

  I   U Д     I Д     UД      
  Д e UК . Після логарифмування ln     . Звідси UД UК  
      IS        
  IS         UТ  
Оскільки Uвих = –Uд, то Uвих UТ ln Iд .      
   
              IS              
    Оскільки ІД = Івх – за принципом віртуального замикання, а  
          Uвих UТ ln Uвх .  
             
                          R IS  

 

Схема сумування (інвертуючий суматор)


ln I Д .

IS

 

 

Iвх Uвх ,то

R


 

Принципова електрична схема інвертуючого суматора наведена на рис.5.16.

 

I   U1 ... I n   Un ,причому          
           
R          
        R                    
          n                    
      Iвх I1 I2... In ;              
                    U1   U2     Un   .  
Uвих URОЗ RОЗ Iвх RОЗ     ...      
       
  R1 R2        
                          Rn    

 

 

Рис.5.16

 

Якщо вважати, що R1 = R2 = … =Rn = RОЗ, напруга на виході схеми буде визначатись наступною формулою: Uвих U1 U2 ... Un .

 

Якщо ж R1 = R2 = … =Rn = R, а RОЗ =R/n, то Uвих U1 U2 ... Un .  
   
      n  

Отже, на виході схеми буде формуватись напруга, що дорівнює інвертуючому середньому арифметичному від n вхідних напруг. У зв’язку з цим такі схеми прийнято називати схемами усереднення.

 

Неінвертуючий суматор

R2

R1 U

Uвих

U+

U1 R3

 

U2 R4

Рис.5.17

Згідно з принципом віртуального замикання, напруги на інвертуючому та


 

 


неінвертуючому входах рівні між собою:

            U U U вих             R1 ;    
                                 
                                      R R      
                                                                 
                    I1 I2 0 ;                    
                  I1     U1 U     ;                
                                           
                                                           
                        R3                          
                                                               
                  I2     U2 U       ;            
                                         
                                                         
отже,                       R4                        
                                                             
                                                                     
            U1 U         U 2 U     0;    
                               
                                                       
або               R3           R4                
                                                         
                                                                     
          R4(U1 U   ) R3 (U2 U   ) 0.  
                 
                  R3   R4                            
                                                       
Даний вираз дорівнюватиме нулю, якщо:                                 ;  
          R4(U1 U   ) R3 (U2 U   ) 0  
                 
            R4U1 R3U2 U   (R4 R3 ) .    
                 
Оскільки U   U   , то підставимо значення U     :                    
                             
        R U R U U             R1           (R R ) .  
        вих R R        
        4 1 3 2                      
Приймемо, що R1=R2=R3=R4=R, тоді                                    
                    R                    
            R(U1 U2) Uвих   2R .    
                   
                                        2R                    

Отже,

 

Uвих U1 U2.

 

Замість U підставимо в дане рівняння значенняU отримаємо:

 

U вих   R1 R2   R5 (U U ),  
  R R  
    R        
                 

при R1=R, R5=R2 й отримаємо

U вих   R R5   R2   (U   U   ) R2 (U   U ).  
  R R       R    
    R            
                         

Отже, вихідна напруга буде пропорційна сумі вхідних напруг при R1=R2. Тобто якщо коефіцієнт підсилення дорівнює одиниці,

 

Uвих U1 U2.

 

У випадку аналогових ЕОМ операція множення виконується шляхом логарифмування відповідних величин, додаванням прологарифмованих відповідних величин і потенціювання результату сумування.


 

 


 

          U   U     Рис. 5.18   I1 I2 I3      
                                       
                                           
      U1 U     U 2 U     U3 U            
                        0;          
          R3               R4           R5                
                                                         
R4R5(U1 U   ) R3R5 (U 2 U   ) R3R4 (U3 U        
        ) 0;    
R4R5U1 R3R5U2 R3R4U3 U   (R4R5   R3R5 R3R4).    
         
Підставивши значення U   , отримаємо                                        
                                         
R R U R R U R R U   U             R1 (R R R R R R ) ;  
                 
4 5 1   5 2           4 3     вих R R     4 5 3 3 4    
R3=R4=R5=R, отже,                                                                  
                                                R1                  
    R2(U     U   U ) U вих         3R2 .          
            R R              
                                                   
                                                                     

Нехай R2=2R1, тоді

 

U1 U2 U3 Uвих .

 

Якщо кількість входів дорівнює n, формула матиме вигляд

 

n       R1    
Ui U вих   n .  
R (n 1)R  
i 1      

 

Використовуючи схеми логарифмування, сумування та потенціювання, можна побудувати схеми помножувача напруг.

 

 

Рис.5.19

 


У тому випадку якщо U1 U2 , тобто на обидва входи подається дві однакові напруги, то вихідна напруга буде пропорційна квадрату вхідної. Введемо умовне позначення цієї схеми:

 

 

Рис.5.20

 

Якщо схему, яка виконує операцію піднесення до квадрата, використатив як ланку ОЗ, то ми отримаємо схему добування кореня квадратного:

 

 

Рис.5.21

 

Згідно з принципом віртуального замикання U U , у свою чергу

 

  U Uвх , а U   Uвих ,  
  A    
                 
отже, Uвх   Uвих ;      
A        
                 

AUвх Uвих2;

 

тому

 

Uвих AUвх .

Розглянуті схеми множення належать до схем одноквадрантного множення. Тобто обидві помножувані величини повинні бути додатної полярності. Існують схеми дво- і навіть чотирьохквадрантного помноження, але вони використовують дещо інші принципи і, що найбільш важливо, обмежені лише двома множниками, а в цьому випадку число множників практично не обмежене. З іншого боку, це відкриває можливість підносити не тільки до другого степеня, але й до третього, четвертого


Читайте також:

  1. Cпрямляючі пристрої
  2. Акумуляторні батареї та зарядні пристрої.
  3. Алгоритм прийняття рішення при прийманні сигналів з випадковою початковою фазою
  4. Багатокаскадні передавальні пристрої - 30 хв.
  5. Бази даних як засіб зберігання й обробки інформації
  6. Безперервних сигналів на тріоді
  7. Бензинові моторні пилки та звалювальні пристрої
  8. Вантажні пристрої
  9. Вентиляційні пристрої в підземних виробках
  10. Вибір мікропроцесорного комплекту для проектування обчислювальних пристроїв і систем
  11. Вибір режимів обробки заготовки різанням
  12. Вибір, розміщення, режими роботи компенсуючих пристроїв.




Переглядів: 876

<== попередня сторінка | наступна сторінка ==>
Основні схеми ввімкнення | Закони і категорії соціології

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

  

© studopedia.com.ua При використанні або копіюванні матеріалів пряме посилання на сайт обов'язкове.


Генерація сторінки за: 0.037 сек.