Входные усилители сигналов. Усилители на транзисторах в схемах на МК

March 25, 2011 by admin Комментировать »

 

Сигналы, поступающие от датчиков, как правило, имеют малую амплитуду, недостаточную для непосредственной обработки в МК. Требуются входные усилители напряжения. Простейшие из них строятся на маломощных транзисторах общего применения (Табл. 3.6). Их конкретные названия и частотные свойства особой роли не играют. Это связано с тем, что параметры современных кремниевых транзисторов примерно одинаковы у разных фирм-изготовителей, а быстродействие — на порядок-два выше, чем может обработать МК.

Таблица 3,6. Типовые параметры маломощных биполярных транзисторов

 

На Рис. 3.18, а…п показаны схемы входных транзисторных усилителей. При большом уровне сигналов они превращаются в формирователи прямоугольных импульсов с высокой крутизной фронтов.

а)     диоды VD1, KZ)2ограничивают входной сигнал по амплитуде. Цепочки /?/, С/ и R3, L/служат для коррекции фронтов сигнала. Чувствительность 200 мВ, максимальная входная частота 10…30 МГц. Чтобы понизить частоту сигнала, вместо резистора ставят цифровой делитель;

б)      резистором R1 плавно регулируется чувствительность. Допустимая частота до 1 МГц;

в)     входной сигнал U^y^ проходит через два противофазных канала на две линии МК;0

 

 

г)     широкополосный усилитель с диапазоном частот 30 Гц… 100 МГц. Входное сопротивление не менее 1 МОм на частоте 1 кГц, чувствительность 75 мВ;

д)     усилитель напряжения С.Чекчеева. Особенности: высокая линейность и низкий уровень гармоник. Коэффициент усиления определяется числом последовательно включённых диодов, в данном случае Ку = 4;

е)     широкополосный усилитель-ограничитель. Чувствительность 50 мВ, диапазон частот до 40 МГц. Для ВЧ-сигналов (более 1…5 МГц) на входе МК надо ставить цифровой делитель;

ж)     аналогичнРис. 3.18, д, но коэффициент усиления определяется числом последовательно включённых транзисторов, в данном случае Ку = 3;

з)     элементы /?/, R2, С/…CJ корректируют АЧХ в области низких и высоких частот. Резистором R3 выбирается оптимальная рабочая точка транзистора VT1. Диод VD1 — защитный;

 

и) транзисторы VT2, VT3 включены по схеме «токовое зеркало». Диоды VD1, ограничивают входной сигнал по амплитуде «сверху» и «снизу». Диод KZ)Jотсекает шумы и помехи; к) дифференциальный импульсный усилитель на транзисторах VT1, VT2\ л) на вход МК поступает усиленный аналоговый сигнал         и цифровая последователь

ность          Элементы С/, С2, R4, R5, VDI служат для развязки каналов;

м) усилитель с простейшим полосовым фильтром на транзисторе VT1. Конденсатор С/ «срезает» амплитуду сигналов на низких, а конденсатор С2 — на высоких частотах;

н) через резистор RI подаётся питание +5 В на внешнее устройство, подключаемое к разъёму XSI. ВЧ-сигнал от внешнего устройства усиливается транзистором VTI. Входное сопротивление со стороны разъема Л’^/ по высокой частоте составляет примерно 100 Ом (это номинал резистора /?/), при этом условно считается, что конденсатор С/ по переменному току закорочен;

Рис. 3.18. Схемы входных транзисторных усилителей (окончание): о) транзистор VTI находится в режиме отсечки и открывается только положительной полуволной входного сигнала. При больших номиналах элементов R2, С2и высокой частоте приёма, на входе МК будет постоянно удерживаться НИЗКИЙ уровень (детектор наличия сигнала);

п) транзисторный усилитель с повышенным входным сопротивлением (определяется резистором /?5и параметром /72,3транзисторов VTI, VT2). Резистором /?/задаётся чувствительность.

 

3.2.2. Усилители на микросхемах

Чтобы увеличить амплитуду очень слабых входных сигналов, применяют микросхемы интегральных ОУ. Коэффициент усиления и питающие напряжения ОУ выбираются такими, чтобы на вход М К поступали сигналы в диапазоне цифровых (НИЗКИЙ/ВЫСОКИЙ) или аналоговых (+0.05…                                                                               В) уровней.

Из широкораспространённых ОУ часто используют «классические» L1VI358, LIVI324, L1VI2902, TL062, допускающие работу как при однополярном питании +3…+30 В, так и при двухполярном питании ±(1.5… 15) В. Типовой ток потребления 1…2 мА; ток нагрузки до 40…50 мА; коэффициент усиления не менее 100000.

Для снижения амплитудных искажений рекомендуется выбирать специальные типы ОУ, допускающих размах сигналов «rail-to-rail» по входу и (или) «rail-to-rail» по выходу Для справки, «rail» в переводе с английского — это «перила, поручни, рельсы», в электронике — это пороговые напряжения вблизи GND и V^q.

На Рис. 3.19, а…ц показаны схемы усилителей сигналов на одиночных ОУ, а на Рис. 3.20, а…ж — усилителей сигналов, состоящих из нескольких ОУ.

Рис. 3.19. Схемы усилителей сигналов на одиночных ОУ {начало):

а)      высокое входное сопротивление за счёт повторителя напряжения на микросхеме DA1\

б)     прямое соединение ОУ DA1 с МК применяется, если они питаются от единого источника положительного напряжения +3…+5 В при отсутствии отрицательного питания ОУ;

 

 

Рис. 3.19. Схемы усилителей сигналов на одиночных ОУ {продолжение):

в) защитный диод VDI может отсутствовать, если ток, протекающий через резистор R4 при отрицательном напряжении на выходе ОУ, меньше 1 мА. Это ток через внутренний диод М К;

г)    делитель на резисторах R2, снижает максимальное напряжение, подаваемое на линию МК с выхода ОУ /)/1/, с +12 до +5 В (резисторное согласование уровней);

д) резистор R2 регулирует усиление каскада на микросхеме DAL Цепочка R3, С2сглаживает «шорохи», возникающие при механическом вращении движка резистора R2\

е) ОУ на микросхеме /)/1/ не имеет обратных связей и выполняет функцию компаратора. Порог регулируется резистором R3, элементы защиты — R2, VD1, VD2, С1\

ж) резистор R1 — это нагрузка выхода интегрального компаратора DA /, имеющего открытый коллектор. Возможные замены — LIV1392N, LIV1311;

з) ОУ DAI выполняет функцию компаратора, сравнивающего входной сигнал с напряжением +2.5 В (делитель RI, R2). Конденсатор CI устраняет самовозбуждение на высоких частотах;

и) резистор Л/ обязателен при питании ОУ DA / от напряжений больше, чем +5 В, и меньше, чем-5 В. Этот резистор ограничивает ток, протекающий через внутренние защитные диоды МК при большом положительном и при большом отрицательном напряжении на выходе ОУ;

 

к) преобразователь уровней: на входе -5…+5 В, на выходе 0…+5 В. Резисторами R3, подбирается точная центровка и коэффициент ослабления сигнала, приходящего к МК; л) резистором регулируется постоянная составляющая на входе МК; м) сигнал верхнего входа от датчика скорости «привязан» к уровню +2.5 В через делитель R3, R4. Диоды VD1, VD2 — защитные, конденсаторы С/, С2 фильтрующие;

н) резистор защищает М К от отрицательного напряжения -5 В, которое может появиться на выходе DA /. Если движок резистора R1 перевести в крайнее правое положение, то DA1 из интегратора превращается в повторитель напряжения;

о) входной сигнал проходит через активный ФНЧ с частотой среза 22 кГц. Если амплитуда на входе АЦП МК больше, чем 0…+5 В, то надо последовательно поставить резистор 1…10к0м;

 

п) входной усилитель выполнен на высокоскоростном ОУ DA1 w имеет защиту от всплесков напряжения с помощью диодов Шоттки VD1, VD2. Диапазон частот до 10 МГц; р) регулировка чувствительности (усиления) переменным резистором R2\ с) диод VD1 не пропускает отрицательную полуволну напряжения. Резистор ограничивает ток через внутренний диод МК при амплитуде на выходе /)/1/больше, чем +5 В;

т) резистор обратной связи R1, в отличие от аналогичных схем, соединяется с защитным резистором R2 на входе МК, а не на выходе ОУ DA /;

у) трёхполосный регулятор тембра с коррекцией АЧХ на низких {R4), средних {R5) и верхних {R6) частотах. Напряжение +2.5 В может подаваться от ИОН МК;

 

ф) усилитель DAI является компаратором, порог срабатывания которого определяется резистором R4. На выводе 3 микросхемы DAI суммируются отрицательное (резистор RI) и положительное (резисторы R4, R6) напряжения. Конденсатор С/ сглаживает пульсации сигнала ШИМ, генерируемого с выхода МК;

х) активный ФНЧ на микросхеме /)/1 / дополняется пассивным ФНЧ на элементах R3, СЗ. Делитель R3, согласует уровни сигналов, поскольку у DA1 w М К разное питание;

ц) защита входа М К стабилитроном VD1 и резисторами R2, R3, что необходимо при высоком двухполярном напряжении питания ОУ DAL

Рис. 3.20. Схемы усилителей сигналов на нескольких ОУ {начало)-. а) на входы МК поступают сигналы, сдвинутые противофазно левой и правой половинами ОУ DA1. Входной сигнал (/р^ поступает с линейного выхода звуковой карты компьютера;

 

 

Рис. 3.20. Схемы усилителей сигналов на нескольких ОУ (продолжение):

Ь) DAI — это точный дифференциальный усилитель, который принимает сигналы с двух датчиков кардиографа. На ОУ DA2 выполнен активный ФНЧ;

в) активный ФНЧ с характеристикой Бесселя и частотой среза 3.4 кГц. Особенность — повторитель напряжения /)/1/.2 снижает импеданс в средней точке ОУ DA1. /, DAL3\

г) DALI — это буфер, DA 1.2 — инвертирующий компаратор с порогом включения около +4 В (определяется делителем R4, R5). При срабатывании компаратора открывается диод VD4\

 

д) усилитель звуковых сигналов от звукоснимателя электрогитары (RI3 — симметрия);

е) на верхний, средний и нижний входы МК поступают, соответственно, исходный сигнал, прошедший одну ступень фильтрации и прошедший две ступени фильтрации. Частота среза ФНЧ регулируется элементами R3…R6, С2…С5, при этом должны выполняться условия:

ж) измеритель пульсаций входного напряжения. Для повышения точности следует использовать АЦП МК в дифференциальном режиме.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты