книги / Применение аналоговых микросхем

Схема стабилизатора 275EH1I приведена на рис. 5.36,a, a ос­ новная схема его включения на рис. 5.36,6. По сравнению с пре­ дыдущей схемой усилитель разности образован транзисторами VT6 и VT2. Источник опорного напряжения, выполненный на тран­ зисторе VT6 и стабилитроне VD3, управляется сигналом посту­ пающим, на базу транзистора VT6.

Схема стабилизатора отрицательного напряжения 275ЕН7 (рис. 5.37) аналогична предыдущей. Изменена на обратную проводи­ мость активных элементов, а регулирующий усилитель выполнен на выходных транзисторах VT3 и VT4, включенных по схеме Дар­ лингтона. Несущественно отличается от рассмотренных и схема стабилизатора 275ЕН12, приведенная на рис. 5.38.

5.4. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ НА МИКРОСХЕМАХ

Рассмотренные выше микросхемы являются ос­ новной функциональной частью источников питания, которые кро­ ме стабилизаторов содержат сетевую и выпрямительную секции. Ниже будут приведены примеры применения интегральных ста­ билизаторов в источниках питания для аналоговых и цифровых приборов.

5.4.1. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ АНАЛОГОВЫХ МИКРОСХЕМ

Для работы аналоговых микросхем необходимы источники питания с напря­ жением, которое находится в диапазоне от нескольких до десятков вольт. Обыч­ но требуются источники питания с напряжениями 3, 6, 12 и 15 В. При питании большого числа приборов центральный источник питания, как правило, дает на­ пряжение на несколько вольт выше, чем это необходимо, которое снижается в месте установления этих отдельных потребителей приборов местными стабили­ заторами напряжения до рекомендуемого значения. Например, если использует­ ся центральное стабилизированное напряжение ±24 В, то в месте подключения его к ОУ оно должно быть преобразовано в напряжение ±15 В. Ниже приво-

т /?а

Рис. 5.40. Схеме импульсного стабилизатора

дятся две практические схемы стабилизированных источников питания для ана­ логовых микросхем.

На рис. 5.39 приведена схема симметричного источника питания с выходным напряжением, регулируемым в диапазоне от 2 до 31 В. В схему введена защита от перенапряжения с помощью стабилитронов. Выходное напряжение регулирует­ ся потенциометром R1. Потенциометр R2 обеспечивает регулировку тока ко­ роткого замыкания от 45 мА до 3,2 А.

Отрицательное выходное напряжение задается источником положительного напряжения с помощью инвертирующего повторителя на базе операционного усилителя МАА502, который управляет выходными транзисторами VT3— VT5. Ток в цепи не превышает 3 А. Потенциометром R1 устанавливают выходные на­ пряжения обоих полярностей. Трансформаторы на входе одинаковые — выполне­ ны на основе сердечника из листовой трансформаторной стали сечением 32X Х32 мм. Первичная обмотка имеет 900 витков проволоки диаметром 1,12 мм.

В заключение рассмотрим схему импульсного стабилизатора с выходным на­ пряжением 12 В и током 3 А. Как было отмечено в п. 5.1.2 этот тип стабилиза­ торов имеет более высокий коэффициент полезного действия по сравнению с ли­ нейными стабилизаторами. Для его создания используется микросхема МАА723 (рис. 5.40) и ключ на транзисторах VT1 и VT2, включенных но схеме Дарлинг­ тона. Сигналы с частотой 20 кГц, формируемые мультивибратором на транзи­ сторах VT3, VT4, поступают на стабилизатор. Соотношение между уровнями нуля и единицы в этом сигнале равно 2 ; 3. Вели на выводе 1 микросхемы ну­ левое напряжение, то регулирующий усилитель в микросхеме закрыт, на выво­ де 7 положительное напряжение и транзисторы VTÎ9 VT2 также закрыты. Если же напряжение на выходе мультивибратора станет положительным, то транзи­ сторы VT1 и VT2 откроются. В зависимости от напряжения на входе и тока в нагрузке стабилизатора переход в открытое состояние транзисторов может задержаться до момента, когда пилообразное напряжение на выводе 2 микро­ схемы МАА723 станет ниже опорного напряжения на выводе 3. При коротком замыкании выхода отключается с помощью цепн защиты напряжение питания мультивибратора. После устранения короткого замыкания токовую защиту мож­ но вернуть в исходное состояние, переключив входное напряжение.

5.4.2. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ЦИФРОВЫХ МИКРОСХЕМ

Для источников питания цифровых микросхем обычно допустимо отклонение

± 5 % от номинального значения. Такие источники питания должны содержать фильтры, противодействующие проникновению помех по цепи питания логических схем в другие устройства. Напряжение при включении источника не должно превышать 7 В и должна быть предусмотрена защита от превышения напряже­ ния и короткого замыкания.

На рис. 5.41 приведена схема источника питания с выходным напряжением 5 В, обеспечивающим ток в нагрузке 1 А. Стабилизацию напряжения обеспечи­ вает микросхема МАА723, управляющая транзистором VT. Резистор R0 обеспе­ чивает защиту от перегрузки по току. При токе 1 А падение напряжения на R<,

Рис. 5.41. Схема источника питания для ТТЛ-схем

0,5 В. Цепь защиты включается при токе 1,4 А. В трансформаторе используется сердечник сечением 20X20 мм. Первая обмотка имеет 2140 витков проволоки диаметром 0,17 мм, вторая — 110 витков проволоки диаметром 0,8 мм.

5.4.3. РЕГУЛИРУЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ

Регулируемые источники незаменимы при лабораторных исследованиях, где при разработке электронных приборов требуются различные значения стабилизи­ рованного напряжения.

На рис. 5.42 приведена схема стабилизатора с регулируемым выходным на* пряжением от 3 до 25 В. Тиристорный двухтактный выпрямитель снижает вели­ чину ударного тока. Сигналы включения тиристоров формируются с выхода ста­ билизатора. Требуемое для управления тиристоров напряжение получается на выходе стабилитрона. Тиристорный выпрямитель сохраняет минимальную разни-

ЮОмк

Рис. 5.42. Схема регулируемого источника напряжения

цу между входным и выходным напряжениями стабилизатора и таким образом обеспечивает минимальную рассеиваемую мощность на выходном транзисторе! Максимальный выходной ток 0,8 А. Выходное напряжение можно подрегулироч вать подстроечным потенциометром. Цепь защиты ограничивает ток на выходе при достижении 1 А. Стабильность выходного напряжения лучше 2 % при изме­ нении напряжения питания от 187 до 242 В и тока нагрузки от 0 до 0,8 А, Пульсации выходного напряжения меньше 50 мВ.

Г Л А В А 6

▲НАЛОГОВЫЕ УМНОЖИТЕЛИ

Аналоговый умножитель представляет собой устройство, выходное напряжение которого прямо пропорционально произведению входных напряжений Ux и UY, т. е. Umx=KUxUYt где К — коэффициент передачи умножителя, В” 1, зависящий от его внутренней структуры. Идеальный умножитель характеризуется бесконечно большим входным и нулевым выходным сопротивле­ ниями, а также не зависящим от частоты и напряжения коэффициентом переда* чи. Идеальный умножитель — это идеальный источник напряжения, регулируе­ мый напряжением.

6.1. ПАРАМЕТРЫ, ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ

ИОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ

Взависимости от полярности входных сигналов умножи-

тели делятся на одноквадрантные (Ux и Ur положительной полярности), двух­ квадрантные (Ux произвольной полярности, Uу положительной) и четырехквад­ рантные (Ux и Uу произвольной полярности). Коэффициент передачи умножи­ теля может быть положительным (неинвертирующий умножитель) или отрица­ тельным (инвертирующий умножитель). В случае необходимости знак К можно изменить с помощью дополнительного операционного усилителя в инвертирую­ щем включении, который обычно используется для компенсации ослабления сиг­ налов в умножителях (как правило, |/С |<1). Выходы умножителей обычно дифференциальные.

Выходное напряжение реального умножителя

£/вых— K U X UY+ Е ы ,

где Ecu — результирующая ошибка умножения, вызванная несимметричностью дифференциальных каскадов, погрешностью работы внутренних преобразователей напряжения в ток и тока в напряжение, проникновением сигналов с одного входа на другой и нелинейностями транзисторов.

Перечислим параметры, дающие представление о несовершенстве умножи­ теля:

нелинейность умножения по входу X или У, характеризующаяся максималь­

ным отклонением выходного напряжения от идеального значения во всем диа­ пазоне изменения входных напряжений С/х, UY (выражается в процентах);

остаточное напряжение по входу X или У, характеризующееся максималь­

ным отклонением выходного напряжения от идеального значения при макси­ мальном напряжении на одном входе, нулевом напряжении на другом;

полоса пропускания, характеризующаяся частотой, на которой выходное на­ пряжение уменьшается на 3 дБ относительно наибольшего значения при посто­ янных входных напряжениях;

точностная полоса пропускания, характеризующаяся частотой, на которой выходное напряжение уменьшается на 1 % относительно наибольшего значения при постоянных входных напряжениях.

Особенности работы, параметры и область применения умножителей зависят от используемых методов перемножения и технологии изготовления.

Рассмотрим некоторые наиболее часто встречающиеся методы перемножения сигналов в полупроводниковых умножителях.

6.1.1. ЛОГАРИФМИЧЕСКИЕ УМНОЖИТЕЛИ-ДЕЛИТЕЛИ

В логарифмическом умножителе-делителе используется метод суммирования или вычитания логарифмов входных сигналов, полученных с помощью логариф­ мического или антилогарифмического усилителя (рис. 6.1). Выходное напряжение суммирующего усилителя

( J o = K i log U x + K i log U y — K i log U z = K i log ( U x U r / U g) .

Антилогарифмический усилитель преобразует напряжение U 0 к виду U Bых=

=log ~1(UQ/KI) = UXUY/UZ.

Логарифмические умножители-делители чаще всего применяются для обра­ ботки однополярных входных сигналов, т. е. являются одноквадрантными. Их нелинейность 1 5 %. Этот тип умножителя-делителя можно довольно просто построить на дискретных элементах в соответствии со схемой приведенной на

кг

Чс

Uy

tog Uy

Uz

tog Uz

Рис. 6.1. Схема логарифмического умножителя-делителя

Рис. 6.2. Схема одноквадрантного логарифмического умножителя-делителя

рис. 6.2, для которой справедливы следующие соотношения: выходное напряже­ ние антилогарифмического усилителя A4

Uвых=IARIO=UXUYRÜRIÛ/ (UzRiRn)t

выходные напряжения логарифмических усилителей А1—АЗ равны соответст­ венно

£/,=çTln ( l^ /* i/i) î И*-Фт1п (UY/R 2I2)\ С/з=фт1п(С/2//?з/з),

тде I ь ht h — токи, протекающие через транзисторы VTΗVT3.

158

Рис. 6.3. Схема четырехквадрантного умножителя на базе одноквадрантного

При разработке схемы целесообразно установить R\=R2 =RB=RA—RS= R ^ Тогда сопротивления остальных резисторов можно вычислить по формулам

R 7 =■ ут In [ Ux m a x / ( U x m a x /^ l		^ У т а х /^ 2Л21э ) 1;
R$ =	? T 1° Wy max/ W Y m ax/^2 ~~ ^вых inax/^o)]»
RB“	?T 1° Wz max/Wz шах/^з	^ Вых тах/^10^21э)1»

RlB = Rll = Æl#2^Bbix m a x^^X UY/^Z шах)•

где h213 — коэффициент передачи тока транзисторов VTI — VT4.

Емкости корректирующих конденсаторов можно рассчитать по формулам

С1=1/(яЫ ?7); C 2 -l/(n fT*e); С3= 1 /(л /т/?9).

где fT — частота единичного усиления ОУ.

Одноквадрантный умножитель можно сделать четырехквадрантным, приме­ нив схему на рис. 6.3. В этой схеме к входным напряжениям умножителя при­ бавляется (вычитается) постоянное напряжение —10 В с помощью дополнитель­ ных входных инвертирующих усилителей Л/, А2. Тогда напряжение на выходеперемножнтеля

£/,=( 10 - U x - U y ) + U x U y / 10.

(Размерность Ux и t/y — вольты). Влияние слагаемого в круглых скобках устра­ няется выходным неинвертирующим усилителем. В результате

С/Вых= Ui + U x + U y - 10= Ux Uу/10,

где —10 B<1Ux, Ur^r\-i0 B.

6.1.2. УМНОЖИТЕЛИ, РЕГУЛИРУЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЕМ

В основе работы умножителя регулируемого напряжением, лежит метод пе­ ременной крутизны в каскаде, базы транзисторов которого образуют один вход умножителя. Другим входом является вход преобразователя напряжения в ток на источнике тока дифференциального каскада. Регулируемые напряжением

умножители отличаются большим динамическим диапазоном, имеют дифферен­ циальные входы, хорошую линейность и низкую стоимость.

Основу	четырехквадрантного умножителя (рис. 6.4) составляют три диффе*
рециальные	пары транзисторов	VTÎ-VTÎ', VT2-VT2' и V T 3 - V T 3 причем
VTI-VTV в диодном включении.		Пары транзисторов управляются преобразова­

телями напряжения в ток, выполненными на двух дифференцированных каска­ дах с транзисторами VT4-VT4VT5-VT5'. Ток через каскады задается высоко­ стабильными источниками тока, между которыми включены регулирующие со-

$>ис. 6.5. Схема импульсного умно­ жителя

«Рис. 6.6. Временные диаграммы ра­ боты импульсного умножителя