4.2.   Делитель аналоговых сигналов

Делитель аналоговых сигналов просто получить из обычного инвертирующего усилителя, у которого последовательно с RОС включен перемножитель. Выход перемножителя подключается к RОС, а вход U перемножителя к выходу ОУ. Делимое UZ подается через резистор RВХ на инвертирующий вход ОУ, а делитель UХ на вход X перемножителя. Выходной сигнал такого делителя определяется из выражения

UВЫХ = – KДUZ/UХ,

где выбирают KД =1 В при UZ > UХ и KД = 10 В при UZ ≤ UX.

В такой схеме при уменьшении UХ уменьшается и выходное напряжение умножителя. Однако UZ остается неизменным, поэтому и выходное напряжение перемножите

ля должно оставаться неизменным. Следовательно, обратно пропорционально UХ должно увеличиться UУ = UВЫХ, а это эквивалентно пропорциональному увеличению UZ. При UX → 0 сопротивление цепи ОС операционного усилителя стремится к бесконечности. Таким образом, реализуется деление UZ на UХ. Деление может осуществиться в двух квадрантах, поскольку схема работает только при условии, что UХ > 0, хотя и при любой полярности UZ.

Аналоговые делители на перемножителях имеют обычно точность не лучше 5 %, которая сохраняется в сравнительно узком диапазоне изменения амплитуды входных сигналов. Поэтому разработаны специализированные аналоговые делители, в основу лучших из которых положен метод переменной крутизны или использованы логарифмические усилители.

В делителе, построенном на основе метода переменной крутизны (рис. 4.8), напряжение подается на два идентичных усилителя Al и A2.

Сигналы UZ через инвертор А3 (-UZ) прикладываются в суммирующие точки тех же усилителей. Напряжения UХ и UZ преобразуются в токи, которые суммируются и вычитаются усилителями A1 и А2. Напряжения UХ и UZ пропорциональны логарифмам суммы и разности этих токов. Транзисторы VT3 и VT4 дифференциального антилогарифмического усилителя преобразуют разность коллекторных токов в напряжение

UВЫХ = ∆IК2RОС,

где

∆IК = IОПIГ / 2IК;

IГ = UZ/2R;

IХ=UХ/R,

поэтому

UВЫХ = 2 IОП ROC UZ / UX,

Точность деления такой схемы существенно зависит от параметров ОУ. Поскольку входные токи большинства ОУ порядка 100 нA, они существенно ограничивают динамический диапазон входных сигналов, который мог бы определяться диапазоном “идеальности” вольтамперной характеристики р-n-перехода, равным 10 пА – 100 мкА. Несколько лучшие результаты можно получить, используя ОУ с полевыми транзисторами на входе, сохраняя постоянную температуру и вводя регулировку смещения нуля ОУ. Симметричная структура схемы обеспечивает ее работу в двух квадрантах. При идеально сбалансированных токах в симметричных цепях нелинейные искажения отсутствуют. Балансировку можно провести, подбирая сопротивления входных резисторов. Если диапазон изменения значений делителя ограничен напряжениями 10 мВ – 1 В, то, используя 1 %-е резисторы, можно получить точность около 1 %. При токе I= 0,2 мА и применении ОУ К1401УД2 или аналогичных по параметрам полоса пропускания около 0,5 МГц. Полоса пропускания расширяется более чем на порядок при использовании ОУ К154УДЗ и большем токе I.

Логарифмический делитель целесообразно применять при одинаковой полярности входных сигналов. Хорошей совокупностью параметров в режиме деления обладает описанная схема логарифмического умножителя-делителя (см. рис. 4.2). Эта схема выполняет умножение и деление с одинаковой точностью, что позволяет ее применять для вычисления квадратных корней, среднеквадратических значений и решения векторных

уравнений. Например, для извлечения квадратного корня при сигналах, изменяющихся в большом диапазоне, требуется только соединить выход со входом Uх. Тогда

UВЫХ = 10UZ/UВЫХ = .

Когда необходимо получить деление сравнительно широкополосных сигналов и не предъявляются высокие требования к точности операции деления, можно воспользоваться простой схемой (рис. 4.9). Этот делитель исполь