Рисунок 1. Усилитель с приоритетом входа обеспечивает выходной сигнал с наиболее положительного из четырех входов. Эта схема реагирует на положительные входные сигналы, но, поменяв местами диоды и изменив конфигурацию источников питания, она может реагировать и на отрицательные входные сигналы.
Рисунок 2. График моделирования выходного сигнала 4-канального приоритетного усилителя.
В схеме усилитель с наиболее положительным выходным сигналом управляет цепью отрицательной обратной связи через диод, находящийся в прямом смещении на выходе усилителя. Это формирует простую цепь усиления, равную единице, через R1 или R2, R3 или R4, в зависимости от того, какой канал имеет наиболее положительный сигнал, к инвертирующему входу усилителя. Диод между инвертирующим входом и выходом смещен в обратном направлении на усилителе с наибольшим входным сигналом, в результате чего схема функционирует как усилитель с усилением, равным единице, от его входа до общего выходного сигнала. Выходы усилителей с более слабыми входными сигналами вынуждены становиться отрицательными относительно выходного значения до тех пор, пока их диод обратной связи D2 (или диод для любого соответствующего усилителя) не будет смещен в прямом направлении, таким образом поддерживая усилители в режиме локальной замкнутой цепи. Резисторы 10 кОм, такие как R1, позволяют более слабым усилителям функционировать как буферы с усилением, равным единице, образуя локальную цепь обратной связи. На рисунке 2 показаны результаты моделирования с использованием всех четырех каналов.
На рисунке 3 показаны фактические рабочие сигналы на двух входах, канале 1 и канале 2, при этом выходной сигнал обозначен как канал 3.
Для наглядности эффекта конкуренции двух различных форм сигналов за максимальную амплитуду на разных интервалах времени используются разные входные сигналы. На рисунке 3 показаны фактические осциллограммы двухканальной версии усилителя с выходным сигналом на канале 3 (обратите внимание, что нулевая отметка для канала 3 на экране осциллографа ниже, чем нулевая отметка для каналов 1 и 2).
Рисунок 3. Осциллограмма двухканальной версии усилителя приоритета. Каналы 1 и 2 — входные сигналы, а канал 3 — выходной. (Обратите внимание, что нуль для канала 3 на экране осциллографа находится ниже, чем нуль для каналов 1 и 2.)
Хотя эта схема сконфигурирована для работы с положительными напряжениями, адаптация её к отрицательным напряжениям просто включает в себя изменение полярности диодов и соответствующую настройку напряжений питания.
Хотя в показанной схеме используется операционный усилитель Microchip MCP6V51/2/4, может подойти широкий выбор операционных усилителей Microchip. При выборе следует учитывать:
1. Несколько, например, четырёхканальных, операционных усилителей (и кратные кратным в зависимости от конечного числа линий).
2. Часто в большинстве приложений требуется операционный усилитель с диапазоном синфазного напряжения, включающим отрицательную шину питания операционного усилителя, которая обычно является землёй. В некоторых случаях может потребоваться усилитель синфазного напряжения с диапазоном от шины до шины.
3. Очевидно, что уровни сигнала датчика или входного сигнала, а также требования к выходному сигналу определяют требуемое номинальное напряжение операционных усилителей.
4. Стабильность при единичном усилении имеет важное значение для этой схемы. Использование её с выходом на емкостную нагрузку может потребовать дополнительной компенсации для поддержания стабильности.
Автор статьи:
Джерри Стил имеет более чем 30-летний опыт работы в области аналоговой и силовой электроники, работая в компаниях Apex, National Semiconductor, TI и ON Semiconductor. Он занимал должности от инженера по применению до инженера по стратегическому развитию, а в настоящее время работает инженером по валидации в компании Microchip.
