г. Барнаул
  natasha.webuspex.ru



Рейтинг@Mail.ru

Как согласовать отрицательный входной импульс

и усилитель с положительным источником питания

В схемотехнике бывает следующая ситуация: у нас имеется какое - либо исполнительное устройство с положительным напряжением источника питания. А управляющий сигнал поступает с другого устройства и имеет отрицательную полярность. Возникает задача: как нам их согласовать. Это было бы просто, если есть возможность поставить разделительные конденсаторы, как в звуковом усилителе, не имеющем постоянной составляющей. Но нам необходимо сохранить постоянную составляющую сигнала, т.е. конденсаторные развязки не годятся и это усложняет задачу.
В нашу задачу входит разработка согласующего каскада между отрицательным и положительным звеньями схемы... и реклама нам в этом совершенно не помеха.
 

Сдвиг уровня сигнала с его одновременной инверсией на операционном усилителе.


преобразование сигнала на операционном усилителе Первым приходит в голову решение: для преобразования импульса из "-" в "+" его надо умножить на -1.
Верно, это можно сделать легко, стоит только применить инвертирующий каскад на операционном усилителе (ОУ).
Он одновременно поможет нам усилить сигнал по мощности: по току и напряжению. (Диаграмма сигнала аналогична двухтранзисторной схеме. Смотри на рисунке ниже).
Схема очень простая, никаких наворотов, но нашей задаче не отвечает, т.к. нуждается в двуполярном источнике питания.
Достоинство её в том, что на выходе позволяет получить аналоговый сигнал.


Сдвиг отрицательного уровня сигнала в положительную область.
Каскад на транзисторе с общей базой.


сдвиг отрицательного сигнала в положительный, каскад с общей базой Кому - то может стать нехорошо при упоминании "общей базы", но мы же этого не боимся...
Поэтому нам понадобится транзистор n-p-n проводимости, который мы и включим по схеме с общей базой. В этом включении транзистор будет открываться в то время, когда потенциал эмиттера становится отрицательным, т.е. база по отношению к эмиттеру будет положительной.

Резистор Rэ определяет входное сопротивления каскада и рассчитывается из допустимой нагрузки на источник сигнала. Величина Rк влияет на коэффициент усиления по напряжению. Принимаем его равным Rэ для коэффициента усиления 1.

Представьте транзистор в виде коромысла с опорой на землю. Коллектор задран вверх, а эмиттер опущен вниз и как бы "черпает" входной сигнал из - под земли.

Передачу сигнала условно разделим на два этапа: сначала входное напряжение преобразуется в ток
( Uвх /Rэ ), затем этот ток выделяется в виде падения напряжения на коллекторном резисторе ( I * Rк ).

Данная схема не усиливает сигнал по току, т.е. что в неё вошло, почти то же и вышло (минус базовый ток). Выходной сигнал не инвертирован. Для инвертирования в дальнейшем добавим каскад на транзисторе или логическом элементе.

Необходимо отметить, что входной сигнал должен иметь амплитуду более 0.6- 0.7В, чтобы смог открыться эмиттерный переход транзистора.

Но можно преодолеть это ограничение, если приподнять потенциал база на 0,6 вольта в плюс, например, поставить в качестве опоры диод. Вот вся премудрость.

Что можно сделать для улучшения работы простейшей схемы c ОБ.


преобразование отрицательного сигнала в положительный, транзисторный каскад с ОБ - ОЭ Рассмотренная выше однокаскадная схема с общей базой имеет некоторые недостатки: отсутствие усиления по току, ограниченные возможности по усилению напряжения. Хотя входной импульс мы сдвинули в положительную область, но ещё не получили выходной сигнал зеркальный по отношению к входному.

Добавим ещё один каскад VT2 на транзисторе p-n-p проводимости. Он позволит нам усилить сигнал по току и напряжению и одновременно проинвертирует его, приведя к виду показанному на рисунке.

На выходе схемы мы получили положительную версию входного отрицательного сигнала. При этом, входной и выходной сигналы имеют общую массу.
Отметим, что данная схема предназначена для получения цифровых сигналов, т.к. транзистор VT2, работает в режиме ограничения сигнала без начального тока коллектора. Режим включения транзистора устанавливается необходимой величиной базового тока с помощью резистора Rэ. Резистор Rк ограничивает ток базы VT2 в разумных пределах и на работу схемы не влияет.

Очевидно, что переводить данную схему в режим для усиления аналоговых сигналов не имеет смысла. В этом случае проще использовать операционный усилитель. (Данное соображение не относится к ВЧ усилителям - там выбирать не приходится).

сдвиг отрицательного сигнала в положительный, логический элемент на выходе Для работы с чисто цифровыми выходными сигналами
схему можно немного упростить.

Для этого вместо выходного транзистора ставим логический инвертор DD1.1. При использовании TTL логики питание устанавливаем +5В, а для КМОП допустимы более широкие пределы.
В данном случае Rк выбираем из условия получения необходимой амплитуды импульса для переключения микросхемы.

Недостаток этих двух схем заключается в низком входном сопротивлении.

Можно ли ещё что - нибудь придумать по этой теме? У меня есть два варианта:
- применить компаратор 521СА3;
- сделать каскад на полевом транзисторе с n -каналом.


Преобразовала отрицательные импульсы в положительные Наталья Суворова


Согласование отрицательного и положительного уровней сигнала. Транзисторный каскад с общей базой.