Усилители сигналов на одиночных ОУ (для МК)

Чтобы увеличить амплитуду очень слабых входных сигналов, применяют микросхемы интегральных ОУ. Коэффициент усиления и питающие напряжения ОУ выбираются такими, чтобы на вход М К поступали сигналы в диапазоне цифровых (НИЗКИЙ/ВЫСОКИЙ) или аналоговых (+0.05... -0.05 В) уровней.

Из широкораспространённых ОУ часто используют «классические» LM358, LM324, LM2902, TL062, допускающие работу как при однополярном питании +3...+30 В, так и при двухполярном питании ±(1.5... 15) В. Типовой ток потребления 1...2 мА; ток нагрузки до 40...50 мА; коэффициент усиления не менее 100000.

Для снижения амплитудных искажений рекомендуется выбирать специальные типы ОУ, допускающих размах сигналов «rail-to-rail» по входу и (или) «rail-to-rail» по выходу. Для справки, «rail» в переводе с английского — это «перила, поручни, рельсы», в электронике — это пороговые напряжения вблизи GND и Vcc.

На Рис. 3.19, а...ц показаны схемы усилителей сигналов на одиночных ОУ, а на Рис. 3.20, а...ж — усилителей сигналов, состоящих из нескольких ОУ.

Рис. 3.19. Схемы усилителей сигналов на одиночных ОУ (начало):

а) высокое входное сопротивление за счёт повторителя напряжения на микросхеме DA1

б) прямое соединение ОУ DA1 с МК применяется, если они питаются от единого источника положительного напряжения +3...+5 В при отсутствии отрицательного питания ОУ;

Рис. 3.19. Схемы усилителей сигналов на одиночных ОУ (продолжение):

в) защитный диод VD1 может отсутствовать, если ток, протекающий через резистор R4 при отрицательном напряжении на выходе ОУ, меньше 1 мА. Это ток через внутренний диод М К;

г) делитель на резисторах R2, R3 снижает максимальное напряжение, подаваемое на линию МК с выхода ОУ DA /, с +12 до +5 В (резисторное согласование уровней);

д) резистор R2 регулирует усиление каскада на микросхеме DA1. Цепочка R3, С2 сглаживает «шорохи», возникающие при механическом вращении движка резистора R2

е) ОУ на микросхеме DA 1 не имеет обратных связей и выполняет функцию компаратора. Порог регулируется резистором R3, элементы защиты — R2, VDI, VD2, С1;

ж) резистор R1 — это нагрузка выхода интегрального компаратора DA /, имеющего открытый коллектор. Возможные замены — LM392N, LM311;

з) ОУ DA 1 выполняет функцию компаратора, сравнивающего входной сигнал с напряжением +2.5 В (делитель /?/, R2). Конденсатор С1 устраняет самовозбуждение на высоких частотах;

и) резистор RI обязателен при питании ОУ DA 1 от напряжений больше, чем +5 В, и меньше, чем-5 В. Этот резистор ограничивает ток, протекающий через внутренние защитные диоды МК при большом положительном и при большом отрицательном напряжении на выходе ОУ;

Рис. 3.19. Схемы усилителей сигналов на одиночных ОУ (продолжение):

к) преобразователь уровней: на входе -5...+5 В, на выходе 0...+5 В. Резисторами R3, R4 подбирается точная центровка и коэффициент ослабления сигнала, приходящего к МК;

л) резистором /Урегулируется постоянная составляющая на входе МК;

м) сигнал верхнего входа от датчика скорости «привязан» к уровню +2.5 В через делитель R3, R4. Диоды VDI, VD2 — защитные, конденсаторы С1, С2 фильтрующие;

н) резистор R2 защищает М К от отрицательного напряжения -5 В, которое может появиться на выходе DA /. Если движок резистора R1 перевести в крайнее правое положение, то DA 1 из интегратора превращается в повторитель напряжения;

о) входной сигнал проходит через активный ФНЧ с частотой среза 22 кГц. Если амплитуда на входе АЦП МК больше, чем 0...+5 В, то надо последовательно поставить резистор 1...ЮкОм;

Рис. 3.19.Схемы усилителей сигналов на одиночных ОУ {продолжение):

п) входной усилитель выполнен на высокоскоростном ОУ DAI v имеет защиту от всплесков напряжения с помощью диодов Шоттки VDI, VD2. Диапазон частот до 10 МГц; р) регулировка чувствительности (усиления) переменным резистором R2 с) диод VDI не пропускает отрицательную полуволну напряжения. Резистор R2ограничивает ток через внутренний диод МК при амплитуде на выходе DAI больше, чем +5 В;

т) резистор обратной связи RI, в отличие от аналогичных схем, соединяется с защитным резистором R2 на входе МК, а не на выходе ОУ DA1;

у) трёхполосный регулятор тембра с коррекцией АЧХ на низких (R4), средних (R5) и верхних (R6) частотах. Напряжение +2.5 В может подаваться от ИОН МК;

Рис. 3.19. Схемы усилителей сигналов на одиночных ОУ (окончание):

ф) усилитель DAI является компаратором, порог срабатывания которого определяется резистором R4. На выводе 3 микросхемы DAI суммируются отрицательное (резистор RI) и положительное (резисторы R4, R6) напряжения. Конденсатор С1 сглаживает пульсации сигнала ШИМ, генерируемого с выхода МК;

х) активный ФНЧ на микросхеме DA I дополняется пассивным ФНЧ на элементах R3, СЗ. Делитель R3, согласует уровни сигналов, поскольку у DA1 и М К разное питание;

ц) защита входа М К стабилитроном VDI и резисторами R2, R3, что необходимо при высоком двухполярном напряжении питания ОУ DAI.

Источник: Рюмик С.М. 1000 и одна микроконтроллерная схема. (Выпуск 1)