Vítejte, dnes je
pondělí
18.
listopad
2024
Odborný časopis a portál zaměřený na vývoj a výrobu elektroniky Firma Analog Devices vyrába veľké množstvo rôznych analógových integrovaných obvodov. Z produkcie firmy som vybral obvod, ktorý má veľa aplikácií v praxi. Variácie schémy zapojenia s pomerne malým množstvom súčiastok umožňujú realizovať obvody pracujúce s jednosmernými napätiami aj striedavými signálmi.
Obr. 1 Pinová schéma obvodu
Integrovaný obvod AD663 je štvorkvadrantová násobička, ktorá má vysokoimpedančné diferenciálne vstupy X1, X2, Y1, Y2 a vysokoimpedančný sumačný vstup Z. Výstup W je nízkoimpedančný. Menovité napätie pre plný rozsah je 10 V. Na obr. 1 je pinová schéma obvodu. Prenosová funkcia obvodu je daná vzťahom.
Multiplikačné chyby sú predovšetkým vstupné a výstupné ofsety a nelinearity v násobiacom bloku. Vstupné a výstupné ofsety môžu byť odstránené pomocou schémy zapojenia, ktorá je na obr. 2. Najčastejšie ide o kompenzáciu vstupu Z. Obvod nájdeme v MultiSIM-e pod ikonkou Place Analog – SPECIAL FUNCTION.
Obr. 2 Zapojenie obvodu kompenzácie
Na obr. 3 je schéma zapojenia a výsledky simulácie činnosti štvorkvadrantovej násobičky. Po pripojení obvodu A k výstupu W a vstupu Z sa výstupné napätie vypočíta zo vzťahu.
Obr. 3 Zapojenie obvodu štvorkvadrantovej násobičky a realizácia prúdového výstupu
Simulovaná hodnota výstupného napätia je −1,575 V bez kompenzácie.
Keď chceme na výstupe dostať ľubovoľnú hodnotu napätia, pripojíme k výstupu W a vstupu Z obvod, ktorý je označený ako obvod B na obr. 3. Pomocou rezistorov R1 a R2 nastavíme potrebné výstupné napätie, ktoré vypočítame zo vzťahu [3].
Simulovaná hodnota výstupného napätia je −3,71 V bez kompenzácie.
Niekedy potrebujeme prúdový výstup. Ten sa dá realizovať tak, že k výstupu W a vstupu Z pripojíme obvod C na obr. 3. Prúd vypočítame zo vzťahu.
Simulovaná hodnota výstupného prúdu je −157,07 μA – bez kompenzácie. Násobičku môžeme použiť napríklad při realizácii merača výkonu.
Ďalším obvodom, ktorý je na obr. 5, môžeme umocňovať vstupné napätie a pri striedavom napätí na vstupe, obr. 4, aj zdvojovať frekvenciu na výstupe. Vstupný signál môže mať ľubovoľnú polaritu, ale výstup má vždy kladnú polaritu. Z vstup môže byť použitý pre pridanie ďalšieho signálu k výstupu. Keby sme pripojili k obvodu na obr. 5 striedavý signál, mal by výstupný signál malú amplitúdu a jednosmernú zložku. Preto použijeme obvod na obr. 4, ktorý má na vstupe RC člen. Obvod nemá na výstupe jednosmernú zložku. Napätie na výstupe vypočítame podľa vzťahu.
Obr. 4 Schéma zapojenia obvodu zdvojovania frekvencie
Obr. 5 Schéma zapojenia obvodu umocňovania
Simulovaná hodnota výstupného napätia je 2,579 V – bez kompenzácie. Při návrhu obvodu vychádzame zo vzťahu pre výstupné napätie.
Simulovaná hodnota výstupného napätie je 896,41 mV – bez kompenzácie. Obvod RC navrhneme v závislosti od frekvencie, ktorú chceme násobiť. Pre vstup a výstup platia vzťahy.
Na obr. 6 je obvod umocňovania a delenia napätia. Pri umocňovaní privádzame na vstup napätie, ktoré musí byť menšie ako nula, teda záporné. To je podmienka správnej činnosti obvodu odmocňovania. Výsledné napätie sa vypočíta zo vzťahu [9].
Obr. 6 Schéma zapojenia obvodu umocňovania a delenia
Simulovaná hodnota výstupného napätia je 6,004 V, ale treba pripomenúť, že bola použitá kompenzácia obvodom zostaveným z VCC, VEE, R3, R4 a R5. Napätie je privedené na vstup Z. Pri odmocňovaní sú vstupy X1 a Y1 pripojené k výstupu OZ. V schéme je to označené písmenom A. Pri použití obvodu jako deličky je na vstup X1 pripojený zdroj napätia V2 a vstup Y1 je pripojený na výstup OZ. V schéme je to označené písmenom B. Výstupné napätie sa vypočíta zo vzťahu.
Simulovaná hodnota výstupného napätia je po kompenzácii 9,004 V.
Schéma zapojenia na obr. 7 predstavuje lineárny AM modulátor, ktorý na výstupe má AM moduláciu s potlačenou nosnou frekvenciou. Medzi vstup X1 a X2 sa privádza modulačný signál s frekvenciou 1 kHz a amplitúdou 1 V a medzi vstupy Y1 a Y2 nosný signál s frekvenciou 20 kHz a amplitúdou 4 V. Na výstup je pripojený spektrálny analyzátor, ktorý je nastavený takto: Span – 10 kHz, Start – 15 kHz, Center – 20 kHz, End – 25 kHz, Range – 0,05 V//Div, Resolution freq – 100 Hz. Nastavenie osciloskopu: 500 us/Div, A – 500 mV/Div. Zo spektra vyplýva, že amplitúda potlačenej nosnej frekvencie je 12,017 mV a amplitúda postranných zložiek je 200 mV.
Obr. 7 Schéma zapojenia amplitúdového modulátora s potlačenou nosnou frekvenciou
Obvod AD633 umožňuje aj realizáciu DP a HP filtra, ktorého frekvencia f1 je riadená napätím. Na obr. 8 je schéma zapojenia. DP a HP filter sú rozdielne iba tým, že súčiastky R a C majú vymenené pozície. Výstupy A a B sa líšia priebehom AFCH. Z amplitúdovej frekvenčnej charakteristiky vyplýva, že simulovaná frekvencia f1 má veľkosť 166,26 Hz a vypočítaná hodnota má veľkosť 159,155 Hz. Simulovaná frekvencia f2 má veľkosť 1,59 kHz, vypočítaná hodnota má veľkosť 1,591 kHz. Pretože ide o filter prvého rádu, má AFCH sklon asymptóty – 20 dB/dek.
Obr. 8 Schéma zapojenia napätím riadeného DP a HP filtra
Prenosové funkcie pre vstup A a B majú tvar vzorca.
kde p = jω. Pre časové konštanty prenosovej funkcie platia vzťahy.
Frekvencie bodov zlomu AFCH vypočítame zo vzťahov [15] a [16].
Frekvencia f1 je frekvenciou pólu prenosovej funkcie a frekvencia f2 je frekvenciou nuly prenosovej funkcie.
Na obr. 9 je schéma zapojenia napätím riadeného kvadratúrneho oscilátora. Na výstupoch OUT 1 a OUT 2 sú sínusové napätia s rovnakou amplitúdou, ale fázovo posunuté o 90°. Výstupné napätie má veľkosť 10 V. Frekvencia oscilátora závisí od hodnôt odporov rezistorov R2, R3 a R5 a od hodnôt kapacít kondenzátorov C5, C6 a C7. Rozsah preladenia je prakticky 100:1. Obvod zostavený z diód D1 až D5 a stabilizačnej diódy D3 slúži na stabilizáciu amplitúdy výstupného napätia a frekvencie. Pri riadiacom napätí V1 s veľkosťou 5 V je frekvencia na výstupe 527,522 Hz. Keď na vstup pripojíme pílové napätie generované funkčným generátorom nastaveným tak, že Frequency = 20 Hz, Duty cycle = 99 %, Amplitude = 4 V a Offset = 5 V. Nastavenie osciloskopu: 10 ms/Div A – 10 V/Div, B – 5 V/Div. Zmenou napätia od 1 V po 9 V dochádza k rozmietaniu frekvencie. Nevýhodou je menšia amplitúda generovaného signálu pri nižších frekvenciách. Pri napätí 1 V na vstupe je frekvencia 109, 25 Hz a pri napätí 9 V je frekvencia 936 Hz.
Obr. 9 Schéma zapojenia napätím riadeného kvadratúrneho oscilátora
Zapojenie zmiešavača je na obr. 10. Na vstupy X1 a X2 je pripojený sínusový signál s frekvenciou 10 kHz a amplitúdou 1 Vpk a na vstupy Y1 a Y2 s frekvenciou 50 kHz a amplitúdou 1 Vpk. Spektrálny analyzátor zobrazuje spektrum na výstupe zmiešavača.
Obr. 10 Schéma zapojenia zmiešavača
Jednotlivé zložky majú frekvencie a napätia: 10 kHz – 906,1 mV, 20 kHz – 76,21 mV, 30 kHz – 72,1 mV, 40 kHz – 29,8 mV, 50 kHz – 912,2 mV, 60 kHz – 23, kHz, 70 kHz – 55 mV, 80 kHz – 44,9 mV, 90 kHz – 47,4 mV, 100 kHz – 50 mV, 110 kHz – 40,7 mV, 120 kHz – 23,4 mV, 130 kHz – 12,3 mV, 140 kHz – 13,2 kHz, 150 kHz – 17 mV, 160 kHz – 12,3 mV, 170 kHz – 447,4 μV, 180 kHz – 7,8 mV, 190 kHz – 6 mV a 200 kHz – 392,7 μV. Na obrázku je znázornený priebeh výstupného napätia, ktoré má jednosmernú zložku. Selektívnou dvojbránou, napríklad paralelným rezonančným obvodom s veľkou kvalitou, ktorý je zapojený ako dvojbrána, sa dá vybrať ľubovoľná zložka spektra.
Obvod AD633 firmy Analog Devices je skutočne univerzálnym obvodom, pomocou ktorého sa dajú realizovať obvody pre prax bez toho, aby sme museli použiť veľké množstvo súčiastok a zložitú schému zapojenia. Viac informácií sa dá nájsť v katalógovom liste. Mojou úlohou bolo priblížiť vlastnosti obvodu pomocou simulačného programu MultiSIM.
