Инверторы и преобразователи масштаба

Вопросы для самопроверки

1. Приведите схему усилителя аналогового сигнала на логических элементах (ЛЭ).

2. Объясните назначение компараторов и соотношение между входным и выходным напряжениями.

3. Приведите схему простейшего компаратора и его передаточную характеристику.

4. Приведите схему суммирующего компаратора с ограничением выходного напряжения.

5. Объясните назначение триггера Шмитта и приведите временные диаграммы, которые объясняют его работу.

6. Приведите схему инвертирующего триггера Шмитта.

7. Приведите схему неинвертирующего триггера Шмитта.

Литература для дополнительного изучения [2, с.3-5]; [3, с.4,5]; [4, с.3-5].

Лекция 12. Предварительная обработка входных аналоговых сигналов

Цель лекции: Проанализировать вопросы, которые возникают при согласовании разнообразных устройств автоматики.

Вопросы, которые рассматриваются на лекции:

1. Инверторы и преобразователи масштаба.

2. Предварительная обработка входных аналоговых сигналов.

3. Масштабирующие звенья на ОУ с одним источником питания.

Схемы на ОУ могут выполнять аналоговые вычисления и другие математические операции. Однако все большее преимущество отдается цифровым методам обработки сигналов в силу большей гибкости этих методов и упрощения аппаратных средств их реализации. Аналоговая обработка сигналов может иметь преимущество в тех случаях, когда цифровая обработка занимает много времени.

Очень часто возникает необходимость в инвертировании сигнала и изменении масштаба напряжения. Инвертирующий усилитель может обеспечить необходимое изменение масштаба и инверсию знака при выборе соответствующего значения отношения (см. рисунок 3.1).

Сигнал переменного тока промасштабувати с помощью названных устройств. Но иногда источник сигнала кроме сигнала переменного тока содержит постоянную составляющую, которую для сохранения динамического диапазона звена нецелесообразно усиливать. Поэтому во входную цепь вводят разделительные конденсаторы.

В масштабном инвертирующем звене (рисунок 12.1 а) емкость конденсатора рассчитывают исходя из допустимого уменьшения коэффициента усиления на наиболее низкой частоте сигнала

(12.1)

где – допустимый коэффициент уменьшения коэффициента усиления;

– коэффициент усиления на максимальной частоте;

– коэффициент усиления на минимальной частоте.

Расчет сопротивлений и звена осуществляют по приведенном ниже соотношению

= ,

но при низких частотах (десятки-сотни герц) стремятся, увеличить сопротивление R ₁ с целью уменьшения емкости Ср.

Масштабное неинвертирующее звено (рисунок 12.1 б) рассчитывается аналогично расчету инвертирующего звена, при этом

= ,

а С _р находим по соотношению (2.12), в котором вместо сопротивления R ₁ необходимо подставить сопротивление R ₂.

Его выбирают довольно большим (1...2 М), так как входное сопротивление усилителя здесь практически равняется сопротивлению для синфазного сигнала (обычно 100...1000 Г) благодаря контуру обратной связи.

Рисунок 12.1 – Масштабирование сигнала переменного тока

Для устройств, которые содержат немного ОП и цифровые схемы с одним источником питания, желатель не увеличивать число последних. Тогда на вход ОП подают напряжение сдвига , который обеспечивает на выходе напряжение при U _c = 0 (рисунок 12.2 а, б)

Рисунок 12.2 – Масштабуючі нивки с одним источником питания

По правилу 1 напряжения на входах одинаковые. Отсюда несложно составить равенству

– для входов, которые неинвертируют;

– для входов, которые инвертируют.

После простейших преобразований находим для звена, которое инвертирует

, ,

а для звена, которое неинвертирует, получим

, ,

где К _м – заданный коэффициент масштабування.

Значения сопротивлений R ₁,..., R ₃, R _ос находят также, как и в обычных масштабных нивках.