Проектирование функциональных элементов на основе операционных усилителей

Проектирование нелинейных звеньев на операционных усилителях представляет собой отдельную область знаний, осветить которую в рамках настоящей работы невозможно. На основе ОУ можно собрать различные схемы для нелинейных преобразований электрических сигналов.

Логарифмирующий усилитель показан на рис. 4.1. Сигнал поступает на инвертирующий вход через резистор /?і, а в обратной связи включены диоды для реализации логарифмического закона преобразования:

Экспоненциальный усилитель показан на рис. 4.2. Сигнал поступает на инвертирующий вход через диоды, а в обратной связи включен резистор /?, для реализации экспоненциального закона преобразования.

Рис. 4.1. Логарифмический усилитель.

Усилитель-ограничитель может быть реализован по различным схемам (например, по схеме, показанной на рис. 4.3). Сигнал поступает на инвертирующий вход через резистор /?|, а в образной связи параллельно включены резистор /?₂ и униполярный стабилитрон. Устройство реализует линейный закон преобразования в диапазоне до напряжения отсечки Ця и режима ограничения выше этого напряжения:

Выпрями гель может быть реализован на одном или нескольких операционных усилителях. Вариантов реализации выпрямителя множество [62], один из вариантов показан на рис. 4.4. При необходимости использования высокоточного выпрямителя мы рекомендуем использовать специализированную двухканальную микросхему (например, отечественную К157ДА1).

Рис. 4.3. Усилительограничитель.

Рис. 4.4. Выпрямитель сигнала [62].

Пиковые детекторы также могут быть реализованы, как показано на рис. 4.5. [55]. Подобных схем также множество, включая специализированные микросхемы, также имеются схемы пикового детектора на основе микросхемы К157ДЛ1.

Рис. 4.5. Пиковый детектор на ОУ [55].

Среди функциональных узлов, необходимых для управления лазерными системами, следует также отметить модуляторы-демодуляторы, функциональные преобразователи, такие как преобразователи напряжения в частоту, преобразователи частоты — в напряжение и т. д. Эти вопросы достаточно подробно рассмотрены в специальной литературе [10−14], и мы к ним будем возвращаться лишь, но мере необходимости.

Кроме того, развитие электронной техники привело к созданию большого числа специализированных электронных микросхем, предназначенных для решения тех вопросов преобразования сигналов, которые ранее решались созданием уникальных узлов на базе операционных усилителей и иных элементов.

Поскольку наш курс ставит цель прежде всего научить будущих специалистов по лазерной физике грамотно составлять технические требования на электронные узлы и указать пути их решения (для самостоятельной разработки электронной техники данного курса явно недостаточно), мы сосредоточим внимание на обзоре и указании основных особенностей применения специализированных микросхем для решения задач, связанных с управлением лазерным излучением.