Переключатели со схемой управления

 

Переключатель аналогового сигнала. В процессе передачи аналогового сигнала со входа на выход схемы (рис. 6.16) прини­мают участие ОУ и два полевых транзистора. На выходе будет присутствовать сигнал, если транзистор VT1 закрыт, а транзистор VT2 открыт. В этом режиме ОУ имеет коэффициент усиления, рав­ный единице. При переключении полевых транзисторов коэффициент усиления становится равным нулю. Управление полевыми транзи­сторами осуществляется транзистором VT3.

Коммутатор сигналов. Коммутатор аналоговых сигналов (рис. 6.17, а) предназначен для работы с входными сигналами от О до 6 В. Допускается параллельное включение до 64 каналов. Ча­стота опроса каждого канала при этом будет 2 кГц. Погрешность передачи входного сигнала с уровнем 6 В составляет менее 10 мВ.

Рис. 6.16

При подаче на управляющий вход положительного напряжения по­левой транзистор находится в закрытом состоянии. Нулевое управ­ляющее напряжение открывает полевой транзистор. В момент перехода транзистора из закрытого состояния в открытое через паразитные емкости на выход проходит импульсный сигнал помехи. Для компенсации помехи включен конденсатор С в цепь ООС. Амп­литуда помехи составляет несколько милливольт. Первый ОУ (DA1) для входного сигнала имеет коэффициент усиления, равный единице. Второй ОУ (DA2) выполняет роль повторителя с большим входным сопротивлением. На схеме рис. 6.17,6 показан коммутатор с управляющими устройствами на интегральной микросхеме К155ЛА8.

Коммутатор на интегральной микросхеме К190КТ2. Коммутатор сигналов от 0 до — 10 В (рис. 6.18, а) построен на микросхеме типа К190КТ2, в которой ключи выполнены на МОП-транзисторах с каналом типа р. Напряжение — 25 В, которое присутствует в коллекторах транзисторов VT1 — VT4, открывает ключи. Для закры­вания ключа подается положительное напряжение 3 В в эмиттеры транзисторов VT1 — VT4. На рис. 6.18,6 приведена зависимость по­грешности ключа от входного напряжения.

Рис. 6.17

Рис. 6 18

 

Рис. 6.19

 

Четырехканальный коммутатор. Коммутатор аналоговых сигна­лов построен на интегральной микросхеме К168КТ2 (рис. 6.19, а), которая состоит из четырех ключей на полевых транзисторах. Тран­зисторы в открытом состоянии имеют сопротивление менее 100 Ом, а напряжение отсечки 3 — 6 В. Управление ключами осуществляется логической схемой К155ЛА8, которая имеет четыре открытых кол­лектора. В цепях коллекторов стоят нагрузочные резисторы R4 — R7. На рис. 6.19,6 приведена передаточная характеристика ключа при R3=1,5 кОм при различных напряжениях смещения на контакте 11 микросхемы DA1: кривая 1 — 12 В, кривая 2 — 9 В, кривая 3 — 6 В, кривая 4 — 5В.

Для R₃=1,5 кОм коэффициент передачи равен 0,93, а нели­нейность в диапазоне коммутируемых сигналов 0 — 1 В менее 1,5%, а для диапазона 0 — 10 В — менее 5%. При сопротивлении нагрузки R₃= 100 кОм нелинейность в первом диапазоне не пре­вышает 0,01%, а во втором диапазоне — 0,1%. Длительность фрон­та включения по уровням 0,1 и 0,9 составляет 1,8 мкс, а выключе­ния — 3,6 мкс. При первом входном сигнале на резисторе Ri3= 10 кОм возникают импульсные помехи с амплитудой 0,5 В и с длительностью 0,1 мкс. Коммутатор может переключать как постоянное напряжение, так и импульсные сигналы с длительностью до десятков наносекунд.

Следует иметь в виду, что микросхема DD запитывается по общей шине, вывод 7 к — 12 В, а на контакт 14 подается нуль. Кроме того, сигналы управления необходимо подавать относитель­но — 12 В.

 

Рис. 6.20

Рис. 6.21

 

Коммутатор на биполярных транзисторах. Коммутатор аналого­вых сигналов (рис. 6.20) имеет в своей основе дифференциальный усилитель с глубокой ООС. Схема содержит четыре ключа, которые переключаются при коммутации генератора тока, включенного в эмиттер дифференциальной пары транзисторов, входящих в ключ Для транзисторов VT3 и VT4 генератором тока является транзи­стор VT13. Когда через транзистор VT13 протекает ток, то сигнал на Входе 1 управляет перераспределением тока транзисторов VT3 и VT4. В их коллекторах возникает падение напряжения, которое управляет ОУ. В схеме существует ООС с выхода ОУ на базу транзистора VT4. Для пропускания сигнала но Входу 2 включает­ся транзистор VT12. Управление генераторами тока (транзисторы VT11 — VT14) осуществляется микросхемой DD1 через транзисторы VT15 и VTJ6, которые также управляются микросхемой. Микро­схема DD1 является двухразрядным счетчиком. Выходные сигналы счетчика, отображающие двоичное число, дешифрируются транзи­сторами VT11 — VT16. На вход счетчика должны поступать импуль­сы положительной полярности с амплитудой до 5 В.

Выходной сигнал с дифференциального каскада поступает на ОУ DA1 и далее на ОУ DA2. Коэффициент усиления ОУ DA2 можно регулировать изменением сопротивления резистора!R5. Для получе­ния максимального быстродействия в схеме коммутатора желатель­но использовать ОУ серии К НО. Следует учесть, что микросхемы К140УД1Б требуют введение корректирующих цепей между выво­дами 1 и 12 (С=100 пФ, R=1 кОм). Время установления вход­ного сигнала в коллекторах транзисторов VT1, VT2 составляет менее 50 не, а на выходе — менее 300 не. Транзисторы коммутатора входят в состав микросхемы К198НТ1.

Ключи микросхемы К284КН1. Интегральная микросхема К284КН1А, Б (рис. 6.21) предназначена для коммутации аналого­вых сигналов постоянного и переменного токов с частотами до еди­ниц мегагерц. На рис. 6.21, а приведена схема одного ключа, а на рис. 6.21,6 — функциональная схема микросхемы. Входное напря­жение может меняться в пределах Т10 В.

Управление ключом осуществляется от логических элементов с напряжением высокого уровня не менее 2,4 В. В открытом состоянии ключ имеет сопротивление: К284КН1А — не более 160 Ом, К284КН1Б — не более 250 Ом. Коммутируемый ток равен: К284КН1А — от +10 до — 8 мА, К284КН1Б — =flQ мА. Время включения (выключения) составляет меньше 2 мкс. В закрытом со­стоянии ключ ослабляет входной сигнал на 60 дБ, при Я_а=10кОм. На выходе ключа за счет емкостей переходов возникают им­пульсные сигналы с амплитудой 1 — 1,5 В и длительностью меньше 1 мкс. Коэффициент передачи ключа близок к единице для сигна­лов с частотами до 10 МГц, что проиллюстрировано на графике рис. 6.21, в.

 

Глава 7

МОДУЛЯТОРЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

 

Модуляция является процессом управления одним или не­сколькими параметрами гармонического колебания для передачи ин­формации на расстояние. Периодическое изменение любого из пара­метров превращает гармонический сигнал в сложное колебание, содержащее целый ряд спектральных составляющих. При проекти­ровании модуляторов следует обращать внимание на необходимость возможно более полной передачи спектра во избежание потери информации. Модуляторы, у которых в спектре выходного сигнала отсутствует составляющая несущей частоты, являются балансными. Возможны три типа модуляции: амплитудная (AM), частотная (ЧМ) и фазовая (ФМ). Между ЧМ и ФМ существует тесная связь. Эта взаимосвязь характеризуется выражениями (u(t)=dy(t)/dt и ф(0 = J w(t)dt. Любой из трех типов модуляции может быть осуществлен в аналоговом или дискретном виде.

Модуляция осуществляется как в нелинейных, так и в линейных цепях с переменными параметрами. В линейных цепях с постоян­ными параметрами осуществить модуляцию невозможно. Среди схем модуляторов наибольшее распространение получили линейные с переменными параметрами. Ограниченное применение нелинейных схем связано с возникновением паразитных колебаний, которые искажают модулированный сигнал.

Для осуществления AM гармонического сигнала достаточно в цепь прохождения сигнала включить управляющий элемент. В зави­симости от управляющего (модулирующего) сигнала меняется про­водимость цепи. На ее выходе меняется амплитуда сигнала.

Фазомодулированное колебание с малым индексом модуляции можно получить из AM колебания, если просуммировать модулиро­ванное колебание с гармоническим: A (t) cos cof+sin cof= = B(t)sin(wt+ф(t)], где B(t)= V1+A²(t), ф(t) =arctg A(t). Ре­зультирующий сигнал необходимо ограничивать по амплитуде.

Для получения ФМ колебания с большим индексом модуляции следует применить умножение частоты. Фазомодулированное коле­бание можно получить также с помощью вариации одного из эле­ментов RС-цепи. поскольку фаза выходного сигнала такой цепи яв­ляется функцией ее постоянной времени ф=arctg(I/wRC).

Частотно-модулированное колебание может быть получено при использовании проинтегрированного модулирующего сигнала для ФМ. Частотно-модулированное колебание формируется и при пря­мой вариации частоты генератора гармонических колебаний В низ­кочастотных генераторах частота выходного сигнала может изме­няться с помощью полевых транзисторов, включенных в фазосдви-гающую цепь. В высокочастотных генераторах управление частотой осуществляется с помощью конденсаторов, включенных в колеба­тельный контур. В качестве управляющих конденсаторов применя­ют варикапы, в которых используется емкость р-n перехода

В случае, когда требуется повышенная стабильность несущей частоты генератора, применяют косвенную ЧМ, создаваемую за счет фазового управления. Для получения нестабильности несущей ча­стоты порядка 10-^в ЧМ осуществляется путем изменения фазы ко­лебаний кварцевого генератора. При глубокой ЧМ, получаемой фазовым управлением, возникает значительная паразитная AM рез­ко увеличивающаяся при возрастании индекса модуляции Это об­стоятельство вынуждает использовать малый индекс модуляции с последующим многократным умножением частоты.

Помимо линейной модуляции в системах связи применяют дис­кретную модуляцию. В практическом отношении она является наи­более простой. Эта модуляция осуществляется с помощью импульс­ных управляющих цепей. Как правило, существуют несколько вхо­дов, где присутствуют необходимые сигналы. Эти сигналы в опре­деленной последовательности подключаются к выходу. Для ампли­тудной дискретной модуляции достаточно иметь один вход который периодически подключается к выходу. При ЧМ и ФМ возможен дискретный набор сигналов.

Включение корректирующих элементов ОУ, которые применяют­ся в устройствах, показано в гл. 1.