3. Основная аналоговая функция сравнения.

О перационный усилитель, обладая дифференциальным входом и высоким коэффициентом усиления, может выполнять роль компаратора. Если сигнал на неинвертирующем входе больше чем на инвертирующем, то на выходе ОУ будет U_вых=k(U₁-U₂) или фактически +U_пит . Если, наоборот, сигнал на инвертирующем входе будет больше, то на выходе ОУ будет напряжение - U_пит. Для увеличения быстродействия ОУ может быть охвачен положительной обратной связью.

Компаратор - устройство для сравнения уровней двух сигналов (от compare - сравнивать). В зависимости от соотношения напряжений на его входах он может находится в одном из двух устойчивых состояний.

Функция сравнения позволяет сравнивать U₁ и U₂ с некоторой точностью ∆. При совпадении U₁ и U₂ функция отождествляется с одним из состояний двузначной логики. Например, если U_вых=A, то при отсутствии совпадения состояние считается противоположным U_вых= ¬A. Поскольку физически на выходе компаратора реализующего ОАФ может присутствовать U1_вых или U2_вых, то им присваиваются булевы символы TRUE и FALSE, например:

U_вых=A , при U2 - ∆/1 ≤ U2 + ∆/2

U_вых=¬A , при U1 , расположенном вне интервала [U2 - ∆/1 ; U2 + ∆/2]

Идеальный компаратор работает с ∆=0, т.е с нулевой погрешностью:

U_вых=A , при U1 =U2

U_вых=¬A , при U1 ≠U2

или

U_вых=A , при U1 >U2

U_вых=¬A , при U1 <U2

4. Основная аналоговая функция ограничения.

Преобразует зависимость U2(U1) в функцию состоящую из трех участков:

U 2 =f(U1) при U'2 < U2 < U''2

U2 = U''2 при U2 ≥ U''2

U2 = U'2 при U2 ≤ U''2

О граничитель используется для изменения формы сигнала. С помощью идеальных функций усиления и ограничения можно хорошо описать нелинейные искажения в реальном ОУ, если допустимый диапазон сигналов подаваемых на входы будет превышен. В этом случае перепад напряжения U''2 - U'2 на выходе определяет динамический диапазон реального ОУ. Условное обозначение

Ограничение сигнала.

5. Основная аналоговая функция перемножения.

Имея в наличии блоки для логарифмирования и экспоненциального преобразования сигналов, мы можем сделать перемножить аналоговых сигналов.

Чтобы создать логарифматор, включим в цепь обратной связи диод (или транзистор), как показана на рисунке а (слева).

а) б)

Известно, что вольтамперная характеристика диода носит экспоненциальный характер. Выразим из этой формулы напряжение, отбросив за малостью единицу.

Ток I обусловлен сопротивлением и напряжением на инвертирующем входе. Как мы видим, к сожалению, напряжение V зависит от температуры, поэтому необходимо применять меры для температурной стабилизации схемы. Учитывая, что входное напряжение на логарифматоре может меняться на много порядков при незначительном изменении выходного напряжения, такие схемы могут применяться не только для собственно логарифмирования, но и для компрессии сигналов На рисунке б (справа) можно видеть схему реализующую обратную функцию - антилогарифм (экспоненту). Здесь диод включен во входную цепь, а резистор - в выходную.

Таким образом для осуществления перемножения аналоговых сигналов нужно п рологарифмировать сигналы U_A и U_B, далее сложить их с помощью суммирующего усилителя на ОУ. Известно, что сумма логарифмов двух чисел равна логарифму их произведения. Тогда, выполнив экспоненциальное преобразование, на выходе получаем произведение входных сигналов. Условное обозначение

Перемножение сигнала (а) и сигнала (b), (с) - результирующий сигнал