Запорожец  Издания 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 [ 67 ] 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106

Глава 9

ПРИМЕНЕНИЕ ОУ В НЕЛИНЕЙНЫХ СХЕМАХ

в ряде случаев не требуется, чтобы ОУ работали как линейные устройства. Напротив, необходимо, чтобы напряжение на их выходе переключалось резко (скачком) от одного уровня к другому даже при постепенном (плавном) изменении входного напряжения. Иногда бывает необходимо ограничить шкалу выходных напряжений ОУ в определенных пределах. В таких случаях к нему подключают внешние элементы, ограничивающие выходные сигналы, если они стремятся выйти за установленные пределы. Помимо указанных случаев имеется огромное количество возможных нелинейных применений ОУ. Проводимый в этой главе анализ некоторых из них дает представление о других областях использования ОУ в нелинейных схемах.

9.1. Ограничители напряжения

Шкала выходных напряжений ОУ общего назначения часто бывает слишком велика, чтобы полученные сигналы можно было подавать на вход некоторых схем. Так, например, для цифровых схем требуются определенные уровни входных сигналов, которые невозможно получить с выхода обычного ОУ, не применив специальную схему его включения. На фиг. 9.1-9.5 представлены некоторые из схем ограничения выходного напряжения ОУ.

В схеме фиг. 9.1 амплитуду выходного напряжения Увых ограничивают Стабилитроны Д\ и Дг. Напряжение стабилизации Уст1 стабилитрона Д: приблизительно равно максимально допустимому положительному значению Увых, т. е. Увых не может стать более положительным, чем напряжение Уст1- Аналогично напряжение стабилизации Уст2 стабилитрона Дг приблизительно равно максимальному допустимому отрицательному значению Увых.

Точнее говоря, выходное напряжение Увых становится неизменным (обрезается), как это показано на передаточной характеристике фиг. 9.1,6, на уровне напряжения (Уст) + пр) при положительном значении Увых. с другой стороны, когда выходной сигнал Увых становится более отрицательным, он ограничи-



вается на уровне-(Уст2 + Упр). Напряжение Упр -это падение напряжения на стабилитроне, смещенном в прямом направлении; его типичное значение равно примерно 0,7 В. Понятно,

Д, Rz

-МЛ\-(I

"ос


Наклон

--}

Фиг. 9.1. Ограничитель положительного и отрицательного напряжений (а) и его передаточная характеристика (б).

что при положительном Увых Д1 смсщсн В обрзтном, а Дг - в прямом направлениях; при отрицательном Увых в прямом и обратном направлениях смещены соответственно Д1 и Дг-

Пример 9.1

Предположим, что в схеме фиг. 9.1 напряжение стабилизации каждого стабилитрона составляет 6,3 В, а прямое падение напряжения на них равно 0,7 В; пусть, кроме того, Rx = 1 кОм и Roc = 20 кОм. Определите форму выходного сигнала, когда на вход подается синусоидальный сигнал Уг с амплитудой: а) 0,3 В, б) 0,6 В и в) 3 В.

Ответ. Коэффициент усиления Кос этой схемы составляет приблизительно -Roc/Ri - -20, а амплитудные значения напряжения на его выходе ограничиваются при

Vex i + V,p = 6,3 4-0.7 = 7 (В)

в положительном направлении и при

- iVcr 2 + V„p) = - (6.3 + 0.7) = - 7 (В)

в отрицательном.

а) При пиковом (амплитудном) значении Уг = 0,3 В Увых= - KocVr - -20 (0,3 В) =-6 В (амплитудное значение). Такое напряжение Увых не вводит стабилитроны в состояние зене-



ровского пробоя, в результате чего выходной сигнал не ограничивается и его форма остается синусоидальной.

б) При Vr = 0,6 В (амплитудное значение) амплитуда выходного напряжения была бы равна -20(0,6 В) = -12 В, если бы параллельно Roc не были включены стабилитроны. Но поскольку в схеме имеются стабилитроны, напряжение Квых ограничивается при 7 В в положительном и отрицательном направлениях.

в) Когда Уг = 3 В, выходное напряжение при отсутствии ограничивающих факторов достигало бы значения -20(3 В) =


Фиг. 9.2. Ограничитель положительного напряжения (а) и его передаточная

характеристика (б).

= -60 В. Если бы мы попытались возбудить столь сильным сигналом ОУ общего назначения, он вошел бы в состояние насыщения даже при отсутствии стабилитронов; когда же они есть в схеме, выходной сигнал обрезается на уровне приблизительно 7 В в обоих направлениях, и выходное напряжение Увых будет выглядеть как сигнал прямоугольной формы.

Стабилитрон и выпрямительный диод в схеме фиг. 9.2 ограничивают шкалу выходных напряжений Увых, как это видно из передаточной характеристики на фиг. 9.2,6, только в положительном направлении. Это означает, что если Увых попытается превысить напряжение Уст1 + Упр, стабилитрон Д: войдет в состояние зенеровского (лавинного) пробоя, и сигнал Увых будет ограничен. Ограничение в отрицательном направлении отсутствует, если только ОУ не войдет в состояние отрицательного насыщения. Схема на фиг. 9.3 аналогична предыдущей, за исключением того, что стабилитрон и выпрямительный диод в ней ограничивают Увых. когда оно отклоняется не в положительном.



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 [ 67 ] 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106