Коммутаторы аналоговых сигналов icon

Коммутаторы аналоговых сигналов



НазваКоммутаторы аналоговых сигналов
Дата конвертації30.12.2012
Розмір71.79 Kb.
ТипДокументи
джерело
1. /KONSPEKT/Копия Часть15.doc
2. /KONSPEKT/Полный конспект 2005.doc
3. /KONSPEKT/ЧАСТЬ12.DOC
4. /KONSPEKT/ЧАСТЬ1_2.DOC
5. /KONSPEKT/ЧАСТЬ3.DOC
6. /KONSPEKT/ЧАСТЬ4.DOC
7. /KONSPEKT/ЧАСТЬ5_6.DOC
8. /KONSPEKT/ЧАСТЬ7.DOC
9. /KONSPEKT/Часть13_14.DOC
10. /KONSPEKT/Часть8_11.DOC
Коммутаторы аналоговых сигналов
1. Введение Основные термины и определения
12. инструментальные усилители
1. Введение Основные термины и определения
3. Преобразователи напряжения в ток (пнт)
4. активные фильтры
5 Идеальный однополупериодный выпрямитель
7. Интегральный четырехквадрантный перемножитель напряжения
13. методы Измерения параметров жидкостей и газов
8. Цифро-аналоговые преобразователи Классификация цап
  1. Коммутаторы аналоговых сигналов


Основной функцией коммутаторов аналоговых сигналов является обеспечение сигнала передачи от источника сигнала к приемнику в рамках аналогового тракта. При этом часто в процессе функционирования устройств источник и приемник сигнала могут меняться ролями, что делает необходимым построение ключевой схемы с функцией симметрирования входа и выхода (вход и выход должны меняться ролями). Как элемент электрической схемы аналоговый ключ может быть представлен своей схемой замещения, которая помимо идеального ключевого элемента содержит дополнительные компоненты, характеризующие неидеальность ключа (см. рисунок 1).



Рисунок 1 – Схема замещения

На рисунке обозначены:

К – идеальный ключевой элемент,

IУТ – генератор тока, характеризующий проникновение токов из цепи управления ключом в сигнальную цепь,

R0 – остаточное омическое сопротивление канала ключа, которое в общем случае может быть функцией протекающего тока,

E0 – вносимая ключом потенциальная погрешность в коммутируемый сигнал за счет неидеальных свойств коммутируемого элемента,

Rут – элемент, характеризующий выходное сопротивление ключа при разомкнутом коммутаторе.

В практике при работе ключей на высоких частотах важное значение также приобретает входная, выходная и проходная емкости. При реализации ключей их влияние рассматривается дополнительно.

Диодные ключи

В силу своего принципа действия диодные ключи являются самыми быстродействующими и позволяют осуществить коммутацию сигналов с частотами до единиц ГГц. Рассмотрим простейший диодный коммутатор (см. рисунок 2).



Рисунок 2 – Простейший диодный коммутатор

Если Еу < 0, то VD1, VD2 смещены в обратном направлении, сигнал взаимодействия между входом и выходом отсутствует (ключ разомкнут). При положительном управляющем напряжении оба диода получают прямое смещение, при этом, вследствие их комплиментарности, суммарное падение напряжения и токи диодов оказываются одинаковыми, так как потенциал анодов диодов един, а падения напряжения на переходах эквивалентны. Следовательно, потенциал входа равен потенциалу выхода, что соответствует замкнутому состоянию ключа.

Недостатками данной схемы следует считать:

1. Положительность входного напряжения,

2. Протекание тока от источника управляющего сигнала в сигнальную цепь,

3. Существенное влияние обратной емкости диодов на коммутационный процесс.

От этих недостатков свободна схема с мостовым диодным коммутатором (рисунок 3).



Рисунок 3 – Схема с мостовым диодным коммутатором

При отсутствии управляющего напряжения в такой схеме между входом и выходом имеются две параллельные цепи встречно включенных диодов с общими катодами и анодами (диагональ моста). Прохождение сигнала «Вход –> Выход», «Выход –> Вход» невозможно. Ключ закрыт.

Если в диагонали моста (диагональ постоянного тока) включен источник управляющего напряжения, все 4 диода смещены в прямом направлении, причем, вследствие комплиментарности диодов, падения напряжения на них эквивалентны, но при этом выходной потенциал становится равным входному.

Физически это происходит за счет перераспределения тока диодов, причем ток, потребляемый от источника входного сигнала диодным мостом, становится равным току, отдаваемому от источника управляющего сигнала в нагрузку.

Недостатком схемы следует считать необходимость использования гальванически развязанного источника входного сигнала. Рассмотрим мостовую схему ключа

(см. рисунок 4).

В исходном состоянии Е1 = –Е, Е2 = +Е. Диоды VD5, VD6 открыты, через них протекают токи нормирующих резисторов R. Потенциал анодов моста отрицательный, потенциал катодов положительный. Все диоды смещены в обратном направлении, ключ закрыт. Изменение полярности управляющих сигналов E1, E2 приводит к тому, что ток резисторов начинает протекать через VD1 – VD4, они смещаются в прямом направлении, ключ открывается.

Мостовая схема ключа обладает хорошими динамическими свойствами за счет того, что 4 выходных емкости диодов также соединены мостом и их влияние на изменение напряжения в сигнальной цепи минимально.




Рисунок 4 – Мостовая схема


Ключи на биполярных транзисторах




Рисунок 5- Ключ на биполярных транзисторах


На рисунке 1 представлен ключ на биполярных транзисторах.

В исходном состоянии диоды VD1 и VD2 обеспечивают закрытое состояние ключа за счет того, что через них протекают токи источников тока на транзисторах VT3 и VT4.

Открытому состоянию диодов соответствует подача управляющих напряжений E1=–E2 (Е1<0). При этом коллекторные переходы комплементарной пары VT1-VT2 смещены в обратном направлении – транзисторы закрыты, объединение входа и выхода невозможно схемы невозможно, ключ разомкнут.

Изменение полярности управляющего напряжения приводит к обратному смещению диодов VD1, VD2. При этом токи источников проходят через комплементарную пару, коллекторные переходы смещаются в прямом направлении, что соответствует режиму глубокого насыщения транзисторов VT1,VT2. Выходное напряжение транзисторов одной полярности. Т.к. uK1= uK2, то uЭ1= uЭ2, что обеспечивает передачу сигнала с входа на выход схемы.

Ключи на биполярных транзисторах позволяют сформировать коммутаторы с остаточным сопротивлением порядка единиц Ом, внутренней небалансной ЭДС порядка долей мВ, сопротивлением утечки порядка 107 Ом, токов утечки порядка нА.


Ключи на полевых транзисторах


Полевые транзисторы с изолированным затвором идеальные элементы для построения ключевых схем, так как с одной стороны у них отсутствует гальваническая связь между цепью управления и каналом, с другой стороны ток стока и ток истока всегда эквивалентны (на рисунке ХХ2 приведена характеристика). У полевого транзистора отсутствует внутренняя ЭДС в канале. На рисунке ХХ1 приведена схема.



Рисунок 6 Рисунок 7

Недостатком схемы 6 является нелинейный характер сопротивления канала от величины протекаемого тока, а также зависимость этого сопротивления от величины управляемого напряжения. Неудовлетворительным является обратимость ключа (т. е. при замене местами входа и выхода свойства ключа неодинаковы). Для устранения этого недостатка используются КМОП-транзисторы (рисунок 8).



Рисунок 8

Особенностью работы схемы является необходимость использования двух дополнительных источников напряжения, к которым подключаются подложки ключевых транзисторов. Суммарная шкала этих двух источников доопределяет допустимый диапазон уровней двух коммутируемых сигналов. Применяемый в ключе инвертор должен быть рассчитан на работу во всей шкале напряжений этих источников.

Особенностями ключей на комплиментарной паре следует считать:

  1. высокую равномерность остаточного сопротивления канала от уровня напряжения коммутируемого сигнала;

  2. минимальная проходная емкость обусловлена парафазной коммутацией затворов полевых транзисторов;

  3. практически идеальную симметричность ключа со стороны вхлда/выхода.
  1. Ограничители аналоговых сигналов


При практическом построении сигнальных трактов для повышения надежности работы оборудования необходимо вводить ограничение диапазона измерения сигнальной величины. Как правило устройства преобразования информации, такие как АЦП, ЛЭ, микроконтроллеры содержат способы ограничения уровня сигналов, однако в ряде случаев этого оказывается недостаточно. В целом ограничения можно подразделить на пассивные, использующие в своей работе нелинейные свойства ВАХ элементов (диодов) и активные, которые строятся на базе ОУ. Суть любого ограничителя – обеспечить фиксированный диапазон изменения сигнала. Простейшие диодные ограничители, используемые на входе большинства типов ЛЭ и микроконтроллеров имеют вид:





Принцип работы:

Если входной сигнал Х выходит за границы Е, то открывается один из защитных диодов VD: если Х<0, то открывается VD2,

если Х>E, то открывается VD1.

Функция R – ограничение тока через защитные диоды.

минусы схемы: противоречие между требуемым входным сопротивлением устройства и номиналом защитного резистора R, который в свою очередь регламентирует максимальную дополнительную амплитуду помехи.

Другая возможная схема защиты:




Схема имеет ограниченное применение, так как:

  1. динамический диапазон тока пробитого стабилитрона ≤ 20 дБ

  2. большая собственная емкость стабилитрона ограничивает частотный диапазон измеряемого сигнала.


При использовании ограничителей сигнала на базе ОУ можно получить существенно лучшие технические характеристики. Простейший пример ограничителя на ОУ – инвертирующий усилитель в котором параллельно Rос включены последовательные встречные диоды.




Для обеспечения симметричных ограничений обычно используют схему с одним стабилитроном, который включают в диагональ диодного моста.




Применение пробитого перехода для формирования уровня ограничения сигнала обуславливает возникновение высокого уровня шумов в сигнальной цепи, при Uвх сигнала близких к уровню ограничения. Это связано с процессом возникновения электрического пробоя в р-n переходе.

Для устранения этого эффекта применяют либо цепь обратного смещения опорного диода, либо антипомеховую защиту.

Суть антипомеховой защиты представлена на простейшей схеме:




В данной схеме пробой ограниченного стабилитрона происходит с формированием тока пробоя через резистор R3, при этом на начальном участке пробоя, когда пробой неустойчив, падение напряжения на R3 не достаточно для открытия диодов VD1,2 и нулевые составляющие пробивающегося перехода не проходят в сигнальную цепь.

После того как пробой сформирован, падение напряжения на R3 достаточно для открытия диодов VD1,2, которые формируют ограничение амплитуды сигнала.






Механизм действия:

При всех значениях входного сигнала Uвх0 усилитель работает в режиме с разорванной ОС, т.к. ограничительный диод в режиме обратного смещения. На выходе ОУ присутствует сигнал , но как только Uвх достигнет значения U0 ОУ меняет знак выходного напряжения и замыкает цепь ООС, через открытый диод, при этом он превращается в неинвертирующий повторитель выходного напряжения U0 и не реагирует на напряжение входного сигнала.

Если необходимо двухстороннее ограничение сигнала, используется схема:




Для работоспособности схемы должно выполнятся Umax > Umin, иначе схема сгорит. Ограничительные напряжения могут быть одно- или разнополярные.



Схожі:

Коммутаторы аналоговых сигналов iconI (первый) Полугодие: 1 полугодие Тема: №5 «Компьютерные технологии представления информации»
Дискретизация – это преобразование 1 сигналов в набор 2 значений, каждому из которых присваивается определенный 3
Коммутаторы аналоговых сигналов iconГенераторы многофазных колебаний
Многофазными генераторами называются устройства, предназначенные для формирования системы выходных гармонических сигналов, имеющих...
Коммутаторы аналоговых сигналов iconПервый международный слет учителей-ялта-2012 использование проблемно-символичнских сигналов на уроках географии
Рубан Виктория Викторовна заместитель директора по учебно-воспитательной работе, учитель истории и географии
Коммутаторы аналоговых сигналов iconОхранная gsm сигнализация и управление "varta-06"
Передача голосовых и смс сигналов сигнализации, прием dtmf команд управления через телефон сотовой или стационарной связи для выполнения...
Коммутаторы аналоговых сигналов iconТема №1 «Информация. Свойства и виды информации»
Информация – это сведения о ком-либо или о чем-либо. Это отображение предметного мира с помощью знаков и сигналов
Коммутаторы аналоговых сигналов iconТема. Безопасность движения пешеходов. Сигналы светофора и регулировщика. Цель
Цель: расширить знания о разных видах светофоров и их значении, познакомить с сигналами регулировщика, формировать навыки правильного...
Коммутаторы аналоговых сигналов iconФормирование позитивной мотивации учащихся к познавательной деятельности, потребности с самопознании, самореализации и развитии творческого мышления с помощью схем и листов опорных сигналов на уроках биологии
Особенно в общеобразовательных учебных заведениях, активно внедрять приемы обучения с использованием технических средств обучения,...
Коммутаторы аналоговых сигналов iconРекомендации по развитию положительных эмоций вашего ребенка Папы и мамы! Дедушки и бабушки! Помните! От повторяющихся знаков приветствия, одобрения, любви и принятия у ребенка складывается ощущение: «со мной все в порядке»
От повторяющихся знаков приветствия, одобрения, любви и принятия у ребенка складывается ощущение: «со мной все в порядке», «я — хороший»....
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©lib.znaimo.com.ua 2000-2014
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи