Аналого-цифровые преобразователи

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) предназначены для преобразования аналоговых (непрерывных) сигналов в цифровую форму. Преобразование аналогового сигнала происходит в определенные моменты времени, которые называются точками отсчета. Количество отсчетов за единицу времени определяет частоту дискретизации (преобразования), которая, в свою очередь, определяется быстродействием и условиями использования АЦП. Интервал времени между отсчетами Т_отс и частота дискретизации f_пр связаны соотношением: Т_отс = 1/f_пр.

В измерительной технике для преобразования медленно меняющихся процессов частота преобразования может быть установлена небольшой - единицы Герц и менее. В устройствах, где требуется преобразовывать сигналы в масштабе реального времени, частота преобразования выбирается из условия достижения максимальной точности восстановления цифрового сигнала в аналоговую форму. Например, преобразование речевого сигнала в дискретную форму. При этом частота дискретизации определяется как f_пр = 2F_мах, где F_мах - максимальная частота речевого сигнала.

Для обеспечения преобразования без искажений требуется выполнение условия: t_пр < Т_отс, где t_пр - время преобразования АЦП одного отсчета.

Основные параметры АЦП определяются также как и параметры ЦАП (см. п. 5.1). По принципу дискретизации и структуре построения АЦП делятся на две группы: 1-группа АЦП с применением ЦАП и 2-группа АЦП без ЦАП.

К первой группе относятся:

- АЦП последовательного счета (развёртывающего типа);

- АЦП последовательного приближения (поразрядного уравновешивания);

- следящий АЦП.

К второй группе относятся:

- АЦП прямого преобразования;

- АЦП двойного интегрирования;

- АЦП с применением генератора, управляемого напряжением (ГУН).

23 Интегральные ОУ

Схемотехника интегральных усилителей обладает рядом особенностей

Во-первых, внутри микросхем крайне затруднена реализация емкостей и индуктивностей. Это приводит к тому, что единственным способом связи между каскадами в многокаскадных усилителях оказывается непосредственная связь, т.е. интегральные усилители неизбежно являются усилителями постоянного тока. Для формирования частотной характеристики такого усилителя применяются внешние по отношению к микросхеме корректирующие цепи на дискретных элементах

Второй особенностью интегральной технологии являются трудности в реализации на одной кремниевой пластине транзисторных структур различных типов (биполярных и полевых). Таким образом, интегральные усилители могут строиться либо только на основе биполярных транзисторов, либо только на основе полевых транзисторов.

Третий аспект связан с режимами работы транзисторов в интегральных усилителях. Желание минимизировать токи потребления приводит к появлению совершенно особенных транзисторных структур, работающих при очень низких токах и напряжениях. Такие транзисторы в дискретном исполнении не встречаются и требуют особого изучения.

Четвёртое. При проектировании усилителей на дискретных компонентах приходится рассчитывать температурные режимы для каждого транзистора в отдельности. В интегральных схемах это не так. Поскольку все приборы расположены на одном кристалле, то разогрев одного из них автоматически означает разогрев и всех остальных до той же температуры

33 Счётчики, основные понятия и определения

Счетчиком называется устройство, подсчитывающее число импульсов и представляющее собой последовательное устройство с одним двоичным входом и определенным числом внутренних состояний, отождествляемых с некоторым числовым кодом. Значение числового кода является одновременно выходным словом счетчика, представляющим результат счета.

В счетчиках используют числовые коды с различными основаниями счета т. Наиболее часто применяют двоичные (т = 2) и десятеричные (т = 10) счетчики, а также восьмеричные (т = 8) и шестнадцатеричные (т = 16). Максимальное число импульсов, которое может сосчитать счетчик, называется коэффициентом (модулем) счета К _сч. Счетчики могут быть одноразрядными, если К _сч не превышает основание счета m, многоразрядными, если К _сч > m. В многоразрядном счетчике выходное слово будет представлять n -разрядное число, где п – число разрядов счетчика.

По направлению счета счетчики делятся на суммирующие, вычитающие и реверсивные.

В суммирующем счетчике каждый очередной импульс на входе увеличивает значение кода на единицу, а в вычитающем счетчике – уменьшает на единицу. Реверсивный счетчик может работать как суммирующий или как вычитающий счетчик в зависимости от управляющих сигналов, определяющих направление счета.

37 Входные и выходные сопротивления инвертирующих и неинвертирующих усилителей

Инвертирующий усилитель

Инвертирует и усиливает напряжение (то есть умножает напряжение на отрицательную константу).

Z _in = R _in

Третий резистор с сопротивлением, равным (сопротивление параллельно соединенных резисторов R_f и R_in), устанавливаемый (при необходимости) между неинвертирующим входом и землей, уменьшает ошибку, возникающую из-за тока смещения.

Если R_in = 0, то схема реализует собой линейный преобразователь ток-напряжение. Входное сопротивление такой схемы определяется коэффициентом усиления реального ОУ и сопротивлением обратной связи по формуле: , где K_A - коэффициент усиления операционного усилителя. Выходное напряжение получается по формуле:

 

Неинвертирующий усилитель

Усиливает напряжение (умножает напряжение на константу, большую единицы)

(на практике — входное сопротивление операционного усилителя: от 1 MОм до 10 TОм)

Третий резистор с сопротивлением, равным (сопротивление параллельно соединенных резисторов R₁ и R₂), устанавливаемый (при необходимости) между точкой подачи входного сигнала V _in и неинвертирующим входом, уменьшает ошибку, возникающую из-за тока смещения.

 

 

40 Дифференциальные усилители с регулировкой КУ

Для плавной регулировки усиления рекомендуется устройство, схема которого представлена на рисунке (при условии R3<R2). Конденсатор С в данном случае уста­новлен для ограничения сверху полосы усиливаемых частот

44 Классификация и основные параметры логических элементов

Логические элементы подразделяются и по типу использованных в них электронных элементов. Наибольшее применение в настоящее время находят следующие логические элементы:

РТЛ (резисторно-транзисторная логика)

ДТЛ (диодно-транзисторная логика)

ТТЛ (транзисторно-транзисторная логика)

Резисторно-транзисторная логика (РТЛ) — технология построения логических электронных схем на базе простых транзисторных ключей.

Элемент 2ИЛИ-НЕ на основе РТЛ

Диодно-транзисторная логика (ДТЛ) — технология построения цифровых схем на основе биполярных транзисторов, диодов и резисторов.

Упрощённая схема двухвходового ДТЛ-элемента 2И-НЕ.

 

 

Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ) — разновидность цифровых логических микросхем, построенных на основе биполярных транзисторов и резисторов.

Упрощённая схема элемента 2И-НЕ.

48 Усилители переменного напряжения на ОУ

Типовая схема усилителя переменного напряжения, для когорого при х_с1<<R3, х_с2<<Rн. Uвых = KUвх. Где K= 1+R2/R1

Входное сопротивление данного усилителя в основном определяется сопротивлением резистора R3.

В усилителях переменного напряжения ООС по постоянному току, как правило, выполняется 100%-ной.

51 Влияние температуры на работу БПТ

Чтобы германиевый транзистор не вышел из строя, температура его кристалла должна быть меньше примерно 70 °C, кремниевого транзистора – меньше 125 … 150 °C, а арсенид-галлиевого транзистора – меньше 150 … 200 °C. Введение легирующих добавок несколько корректирует максимально допустимую температуру кристалла, а некоторые специально сконструированные транзисторы выдерживают и более высокую температуру. Так, согласно справочным данным, кремниевый биполярный транзистор КТ921В был разработан для применения в геофизической аппаратуре при температуре корпуса компонента не более +200 °C. При существенно более высокой температуре транзистора он испортится из-за необратимой перестройки кристаллической решётки. Нагрев биполярных транзисторов вызывает увеличения проводимости области базы и обратного тока коллектора. При повышении температуры корпуса транзистора от 20 °C до 60 °C обратный ток коллектора обычно может возрасти до шести раз. Следовательно, флюктуации температуры оказывают очень существенное влияние на функционирование транзисторного каскада, вызывая значительные изменения режима его работы. Чтобы флюктуация температуры не привела, допустим, к возникновению автогенерации каскада, предназначенного для усиления, или другим вредным последствиям, необходимо применять цепи термостабилизации режимов работы транзисторов.

52+53 Эквивалентна схема при включении ОЭ, ОБ

Основные пассивные элементы (сопротивления r_э, r_к, r_б, емкости коллекторного С_Б и эмиттерного С_Д переходов), активные элементы (генератор тока αI_э в коллекторной цепи, источник ЭДС μ_экU_к в эмиттерной цепи, отражающей обратную связь между эмиттером и коллектором) изображены на эквивалентной схеме (рис. 5.17).

 

Рис. 5.17. Эквивалентная схема биполярного транзистора в схеме с общей базой

 

Приведенная эквивалентная схема справедлива для рассмотрения статических характеристик биполярного транзистора, а также для рассмотрения этих характеристик в области низких частот. Эта схема называется Т-образной эквивалентной схемой, отражает основные физические процессы, происходящие в транзисторе, и удобна для их анализа (рис. 5.18).

 

Рис. 5.18. Эквивалентная схема биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером

54 Входные и выходные характеристики ОЭ

На рис а показаны входные характеристики биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером - зависимость тока базы I _Б от напряжения U _ЭБ.

При U _КЭ < U _ЭБ (обычно эта ВАХ приводится при U _КЭ = 0) транзистор переходит в режим насыщения, когда в прямом направлении смещены оба перехода, поэтому при том же напряжении U _ЭБбазовый ток увеличивается, так как через базу текут токи обоих переходов. При U _КЭ > U _ЭБ коллекторный переход смещен в обратном направлении и напряжение на нем практически не влияет на прямой ток перехода база-эмиттер. Эти обстоятельства позволя-ют на семействе входных ВАХ приводить только две характеристики: одну при U _КЭ = 0, другую при U _КЭ, равном одному, двум или пяти вольтам.выходные ВАХ биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером показаны на рис. б. Общий характер этих зависимостей аналогичен характеру обратной ветви ВАХ диода, так как большая часть напряжения U _КЭ падает на коллекторном переходе, смещенном в обратном направлении

1. Усовершенствованные диф.усилители

2. Биполярные тр.

3. Диф. Усилители ~U

4. Полевые тр.

5. Интегральные ОУ

6. Шумы в тр.

7. Усилители с модуляцией и демодуляцией

8. Параметры ОУ

9. 2-хканальный усилитель на базе диф.усилителя

10. Эквивалентная схема биполярного тр.

11. Ограничители на ПП диодах

12. Параметрический стабилизатор U

13. ПП диоды

14. Преобразователи R в U

15. Повторитель на ОУ

16. Схемы вкл. Биполярных тр.

17. Усилитель на ПП приборе

18. Эл-ты диодно-тр. Логики

19. Эл-ты ТТЛ

20. Многовходовой сумматор-вычислитель на базе ОУ

21. Усилитель с ООС

22. Интегральные микросхемы на биполярных тр.

23. Интегральные ОУ

24. Основные параметры кварцевого резонатора

25. Эквивалентная схема ОУ

26. Триггеры на тр.

27. ПП стабилитроны и стабилизаторы U

28. Тр. Шмитта

29. Оптоэлектронные приборы

30. Частотная коррекция ОУ

31. Регистры,понятия и определения

32. Инвертирующие усилители на основе ОУ

33. Счетчики,понятия и определения

34. Неинвертирующие усилители на основе ОУ

35. Сумматоры,понятия и орпеделения

36. Преобразователь кодов

37. Вх. И вых. R инвертирующих и неинвертирующих усилителей

38. Селекторы-мультиплексоры

39. RC-генераторы

40. Диф.усилители с регулировкой КУ

41. Генераторы с кварцевой стабилизацией

42. Эквивалентная схема биполярного тр.

43. Инструментальные диф.усилители

44. Классификация и основные параметры логических эл-в

45. Диф.усилитель с ООС

46. Оптоэлекторнные приборы

47. АЦП

48. Усилители ~U на ОУ

49. Шифраторы и дешифраторы

50. Инверторы на комплементарных тр.

51. Влияние тем-ры на работу БПТ

52. Эквивалентная схема при вкл. ОЭ

53. Вых. И вх. Хар-ки ОБ

54. Вых. И вх. Хар-ки ОЭ

55. Схема ОК

56. Схема ОБ

57. Схема ОЭ

58. Физика процесса в БПТ

59. Параллельное соединение стабилитронов

60. Последовательное соединение стабилитронов

61. Однополупериодный выпрямитель

62. Рабочий режим ПД

63. ВАХ ПД

64. Переход метал-ПП

65. P-N переход при внешнем источнике питания

66. P-N переход без внешнем источнике питания

67. P-N переход при прямом напряжении

68. P-N переход при обратном напряжении

69. Рабочий режим БПТ

70. Физика процесса в ПТ

71. Схема питания ПТ

72. Физика процесса и устройство МДПТр.

73. Устройство и физика процесса в тиристорах

74. Туннельные диоды

75. Типы ПП резисторов,основные хар-ки

76. Составной тр.,основные хар-ки

77. Индикаторные приборы

78. Приборы тлеющего разряда

79. Фоторезисторы

80. Фотодиоды

81. Фототранзисторы

82. Светоизлучающие приборы

83. Сравнение H-параметров ОБ и ОЭ

84. Варикапы

85. Фотоэлектронные умножители

86. Фототиристоры

87. Генератор пилообразного U на тиристоре

88. Приборы с гетерогенными переходами

89. ЦАП

 

Переход металл-ПП.

переходная область между приведёнными в соприкосновение металлом и полупроводником, обеспечивающая прохождение электрич. тока между ними. При установлении К. м. - п. вследствие различия в работе выхода электронов контактирующих материалов возникают встречные диффузионные и дрейфовые электронные потоки, выравнивающие Ферми-уровни металла и ПП. В результате вблизи границы металл - ПП образуется двойной электрич. слой пространств. заряда, наз. переходным барьерным слоем, и возникает связанная с ним контактная разность потенциалов(pазность потенциалов между двумя разл. металлами, ПП или металлом и ПП, возникающая при их непосредств. соприкосновении (контакте). К. р. п. обусловлена двойным электрич. слоем, образующимся в приконтактной области в результате перехода части электронов из тела с меньшей работой выхода в тело с большей работой выхода. При этом изменяется концентрация свободных носителей заряда (электронов и дырок) в приконтактном слое.) Если в переходном слое К. м. - п. концентрация осн. носителей заряда повышена по сравнению с их концентрацией в ост. объёме ПП (т. н. обогащённый слой), то такие К. м. - п. обеспечивают двустороннюю электрич. проводимость и используются в качестве омических (невьшрямляющих) контактов. Если переходной слой К. м. - п. обеднён осв. носителями заряда, то такой контакт, наз. Шотки-контактом, обладает выпрямляющим действием (см. также р - п-Переход). Шотки-контакты (Au - nSi, Ni - nSi, Pt - nGaAs и др.) используются при создании разл. ПП приборов (импульсных, детекторных, смесительных диодов, фотодиодов, детекторов ядерного излучения, биполярных и полевых транзисторов и т. д.).

 

63.ВАХ ПД.

Рис. 6. ВАХ полупроводникового диода.

На графике изображены ВАХ для прямого и обратного включения диода. Ещё говорят, прямая и обратная ветвь вольт-амперной характеристики. Прямая ветвь (Iпр и Uпр) отображает характеристики диода при прямом включении (то есть когда на анод подаётся «плюс»). Обратная ветвь (Iобр и Uобр) отображает характеристики диода при обратном включении (то есть когда на анод подаётся «минус»). На рис. 6 синяя толстая линия – это характеристика германиевого диода (Ge), а чёрная тонкая линия – характеристика кремниевого (Si) диода. II-й и IV-й квадранты у нас пустые. Это потому, что мы можем включить диод только двумя способами – в прямом или в обратном направлении. Невозможна ситуация, когда, например, через диод протекает обратный ток и одновременно он включен в прямом направлении, или, иными словами, невозможно на один вывод одновременно подать и «плюс» и «минус». График прямого включения нарисован в первом квадранте. Отсюда видно, что чем больше напряжение, тем больше ток. Причём до какого-то момента напряжение растёт быстрее, чем ток. Но затем наступает перелом, и напряжение почти не меняется, а ток начинает расти. Для большинства диодов этот перелом наступает в диапазоне 0,5…1 В. График обратного включения нарисован в третьем квадранте. Отсюда видно, что на значительном участке ток почти не изменяется, а затем увеличивается лавинообразно. В характеристиках конкретных диодов всегда указывается максимальное обратное напряжение – то есть напряжение, которое может выдержать диод без «пробоя» при включении в обратном направлении. Сравнивая характеристики кремниевого и германиевого диодов, можно сделать вывод, что в p-n-переходах кремниевого диода прямой и обратный токи меньше, чем в германиевом диоде (при одинаковых значениях напряжения на выводах). Это связано с тем, что у кремния больше ширина запрещённой зоны и для перехода электронов из валентной зоны в зону проводимости им необходимо сообщить большую дополнительную энергию.

 

62. Рабочий режим ПД

Режим диода с нагрузкой называется рабочим режимом. Если бы диод обладал линейным сопротивлением, то расчет тока в подобной схеме не пред­ставлял бы затруднений, так как общее сопротивление цепи равно сумме сопро­тивления диода постоянному току R_o и сопротивления нагрузочного резистора R_н. Но диод обладает нелинейным сопротивлением, и значение R_o у него из­меняется при изменении тока. Поэтому расчет тока делают графически. Задача состоит в следующем: известны значения Е, R _н и характеристика диода, требуется определить ток в цепи и напряжение на диоде.

Характеристику диода следует рас­сматривать как график некоторого урав­нения, связывающего величины i и и. А для сопротивления R_H подобным

уравнением является закон Ома: i = u_R/R_H = (Е - u)/R_н. Итак, имеются два уравнения с дву­мя неизвестными i и и, причем одно из уравнений дано графически. Для реше­ния такой системы уравнений надо по­строить график второго уравнения и найти координаты точки пересечения двух графиков.