česky english Vítejte, dnes je čtvrtek 28. březen 2024

Zaujímavé obvody a ich použitie: analógový integrovaný obvod AD633JN

DPS 6/2013 | Články
Autor: Ing. Ladislav Vavrek

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.

Obr1

Obr. 1 Pinová schéma obvodu

Analógový integrovaný obvod AD633JN

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.

vz1

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.

Obr2

Obr. 2 Zapojenie obvodu kompenzácie

Obvod štvorkvadrantového násobenia

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.

vz2

Obr3

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].

vz3

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.

vz4

Simulovaná hodnota výstupného prúdu je −157,07 μA – bez kompenzácie. Násobičku môžeme použiť napríklad při realizácii merača výkonu.

Obvod umocňovania napätia a zdvojovania frekvencie

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.

vz5

Obr4

Obr. 4 Schéma zapojenia obvodu zdvojovania frekvencie

Obr5

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.

vz6

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.

vz7

vz8

Obvod odmocňovania a delenia napätia

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].

vz9

Obr6

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.

vz10

Simulovaná hodnota výstupného napätia je po kompenzácii 9,004 V.

Obvod lineárneho AM modulátora

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.

Obr7

Obr. 7 Schéma zapojenia amplitúdového modulátora s potlačenou nosnou frekvenciou

Obvod napätím riadeného DP a HP filtra

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.

Obr8

Obr. 8 Schéma zapojenia napätím riadeného DP a HP filtra

Prenosové funkcie pre vstup A a B majú tvar vzorca.

vz11

vz12

kde p = jω. Pre časové konštanty prenosovej funkcie platia vzťahy.

vz13

vz14
 

Frekvencie bodov zlomu AFCH vypočítame zo vzťahov [15] a [16].

vz15

vz16

Frekvencia f1 je frekvenciou pólu prenosovej funkcie a frekvencia f2 je frekvenciou nuly prenosovej funkcie.

Obvod napätím riadeného kvadratúrneho oscilátora

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.

Obr9

Obr. 9 Schéma zapojenia napätím riadeného kvadratúrneho oscilátora

Obvod zmiešavača

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.

Obr10

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.

Záver

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.