Szybkie funkcje stabilizacji poziomu (clamp functions) jako układ wytwarzający impulsy

66_got_1

Wzmacniacze z dodatnim sprzężeniem zwrotnym stanowią podstawę układów wytwarzających wysokiej klasy przebiegi impulsowe.
Ta konfiguracja zapewnia podobną do przerzutnika flip-flop operację, w którym sygnał wejściowy przekracza poziom progu wejściowego; w większości przypadków sygnał wejściowy jest sygnałem napięciowym.
Najbardziej znanym z tych przerzutników jest przerzutnik Schmitta, który, nawiasem mówiąc, będzie w tym roku obchodził swoje 81. urodziny.
Brytyjski naukowiec OH Schmitt w 1938 roku opracował przerzutnik, od jego nazwiska nazwany przerzutnikiem Schmitta, w postaci dwustopniowego wzmacniacza z prądowym sprzężeniem zwrotnym.
Dwoma aktywnymi podzespołami były lampy próżniowe.
Działanie przerzutnika Schmitta ma zaletę szybkiego, prawie stałego czasu przejścia wyjścia, niezależnie od nachylenia zbocza sygnału wejściowego.
Jedną z konsekwencji tego rodzaju operacji jest histereza charakterystyki We/Wy.
Innymi słowy, próg przesuwa się na wyższą wartość przed przejściem dodatnim na wyjściu i przesuwa się na niższą wartość po przełączeniu na poziom dodatni na wyjściu.
Można ustawić wartość histerezy – od zera do stanu zatrzaśnięcia – dla układów przerzutników Schmitta zawierających dyskretne elementy.
Układy Schmitta znajdują szerokie zastosowanie w układach logicznych, w których histereza jest dość wysoka i stała.
Alternatywnie można użyć układu – ogranicznika napięcia o szybkiej reakcji lub układu stabilizacji poziomu (clamper) – jako układu wytwarzającego impulsy.
Zakres napięcia wejściowego jest węższy niż układów wyzwalających Schmitta, ponieważ przy niskich napięciach wejściowych ograniczenie napięcia staje się nieaktywne, a układ działa, jako wzmacniacz liniowy.
Z drugiej strony, ze względu na brak w jego zachowaniu histerezy, próg decyzyjny napięcia wejściowego jest dokładny i równy dla obu kierunków przejść na poziomie wyjściowym.
Rysunek 1 pokazuje jeden z przykładów takiego obwodu.
Ogranicznik napięcia pokazany na rysunku 1 jest wzmacniaczem odwracającym z wysoce nieliniowym ujemnym sprzężeniem zwrotnym.
Dla napięć wyjściowych w zakresie od 20,3 do 10,6V impedancja sprzężenia zwrotnego jest wysoka, ponieważ każda z diod jest nieprzewodząca.
Spadek napięcia w kierunku przewodzenia wybranych diod Schottky’ego określa te granice napięcia. Wzmocnienie napięciowe wzmacniacza odwracającego jest, więc prawie równe wzmocnieniu otwartej pętli wzmacniacza operacyjnego.
Ilekroć napięcie wyjściowe przekracza te ograniczenia, dioda D1, D2 lub D3 – w zależności od polaryzacji napięcia wyjściowego – zaczyna przewodzić.
Wzmocnienie różnicowe wzmacniacza spada następnie do wartości odpowiednio 2RI/2RD i 2RI/RD, gdzie RD jest równoważną rezystancją szeregową pojedynczej diody.
Działanie zmniejsza napięcie wyjściowe do około 0,8V i do 20,4V nawet przy dużych napięciach wejściowych.
Rysunek wykorzystuje układ firmy Analog Devices (www.analog.com) AD8045 VHSIC (Very-High-Speed Integrated Circuit – bardzo szybki zintegrowany układ scalony) wzmacniacza operacyjnego, ponieważ jego prędkość przechwytywania przekracza wartość 1V/ns.
Obwód przedstawiony na rys. 1 ma asymetryczną konfigurację ograniczającą, aby porównać pojedynczą diodę sprzężenia zwrotnego z dwiema połączonymi szeregowo diodami posiadającymi rezystor poprzeczny, RT1, pomiędzy ich punktami środkowymi i masy.
Układ stabilizacji poziomu (clamping) zawierający diody D1, D2 i RT1 oferuje wyższą izolację między wyjściem a wejściem wzmacniacza operacyjnego niż w przypadku pojedynczej diody D3.
Kiedy dioda D3 jest włączona, można zaobserwować małe, słabo tłumione oscylacje na poziomie około 200MHz w przebiegu wyjściowym. Oscylacje objawiają się mniej na początku włączania diod D1 i D2.

Autor: Marián Štofka (Słowacja)

Komentarze z Facebooka

Komentarze obecnie - OFF.