Контрольная работа: Функциональные устройства на ОУ

Коэффициент передачи дифференцирующей цепи коэффициент усиления усилителя .

Тогда результирующий коэффициент передачи фильтра

где , .

ФВЧ второго порядка состоит из двух дифференцирующих цепей (R1C1и R2C2) и усилителя (R3, R4 и ОУ). Цепь обратной связи на сопротивлении R1 позволяет формировать переходную область АЧХ, за счет чего она меньше, чем у ФВЧ первого порядка.

3) Полосовые фильтры

Используют те же виды аппроксимации, что и для ФНЧ и ФВЧ.

Полосовой фильтр имеет две частоты среза: и . Полоса пропускания фильтра . Ширина полосы пропускания . Центральная частота . Переходные области , . Полосы задерживания и . Добротность фильтра можно определить как .

Рассмотрим пример реализации полосового фильтра второго порядка.

Цепь R1, C1и ОУ представляют собой интегрирующий усилитель, пропускающий низкие частоты; цепь R3, C2 и ОУ образуют дифференцирующий усилитель, пропускающий высокие частоты; результирующая АЧХ будет избирательной.

Центральная частота , где . Тогда

Величина сопротивления R2 устанавливает соотношение между интегрирующей и дифференцирующей частью. R1R2 – делитель, от коэффициента передачи которого зависит напряжение на емкости C2, т.е. на дифференцирующей цепи.

4) Режекторные фильтры

Используют те же виды аппроксимации, что и для ФНЧ и ФВЧ.

Полоса задерживания ; полосы пропускания и . Переходные области АЧХ , . Добротность фильтра можно определить как , где полоса фильтра .

Режекторные фильтры обычно выполняют четного порядка. Рассмотрим режекторный фильтр второго порядка. Передаточная функция фильтра.

По постоянному току в фильтре – 100%-я обратная связь, K=1, что является недостатком. Достоинство данного фильтра в том, что он неинвертирующий.

5. Компараторы сигналов

Компараторы сигналов осуществляют сравнение сигналов. Применяются в аналого-цифровых преобразователях, стабилизаторах напряжения, пороговых устройствах. Сигнал на выходе компаратора может принимать два состояния: единичное () и нулевое (). При сравнении двух напряжений и компаратор будет работать следующим образом: если , т.е. , то ; если , т.е. , то ; если , т.е. , то компаратор находится в состоянии переключения.

В качестве компаратора обычно используются операционные усилители без обратной связи. Коэффициент усиления , при малых сигналах он работает в режиме усиления. В реальных компараторах могут возникать ошибки на входе, смещающие характеристику компаратора.

Рассмотрим различные типы компараторов.

Диоды не имеют непосредственного отношения к работе компаратора, они защищают операционный усилитель от перегрузки. При наличии разницы на входе на выходе операционного усилителя – состояние насыщения, в зависимости от знака на выходе будет либо , либо . При равенстве сигналов компаратор будет находиться в состоянии переключения (), что будет при равных и противоположных токах через сопротивления R1 иR2, т.е. , тогда . Если сопротивления равны, т.е. R1=R2, то .

Для сравнения напряжений любого знака необходимо использовать оба входа операционного усилителя.

Пороговое устройство сравнивает входное напряжение с постоянным напряжением.

Нуль – индикатор (детектор фиксации нуля) сравнивает напряжение на входе с нулем.

Компаратор с положительной обратной связью.

Строится на основе одновходового инвертирующего компаратора. Защитные диоды не показаны для простоты. Положительная обратная связь применяется для повышения быстродействия и помехоустойчивости (по отношению к внешним помехам и собственным шумам). Точка переключения на сквозной характеристике смещается на величину . То есть на неинвертирующем входе всегда присутствует напряжение за счет положительной обратной связи; чтобы компаратор переключился, дифференциальное напряжение между входами должно составлять величину . Данный компаратор также является нуль-индикатором. Компаратор срабатывает, когда напряжение превышает величину . Компаратор с ПОС называется компаратором с защелкиванием или регенерацией. Его передаточная характеристика имеет вид петли гистерезиса.

Обычно компараторы характеризуются временем задержки tз – время равенства входных напряжений до достижения выходным напряжением заданного уровня (50%).

В компараторах применяются обычные операционные усилители (напряжение открывания транзисторов0,7 B) и специальные операционные усилители на диодах Шотки (напряжение открывания транзисторов 0,3 B).Особую группу составляют так называемые стробирующие компараторы, которые срабатывают при подаче стробирующих импульсов и запоминают напряжение до следующего стробирующего импульса.