Операционниый усилитель, внешние цепи

Операционный усилитель – универсальный усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и однотактным выходом.

Идеальный ОУ имеет следующие параметры:

- коэффициент усиления по напряжению ;

- входное сопротивление ;

- выходное сопротивление .

Такие характеристики позволяют применять глубокую обратную связь (ОС), и свойства ОУ определяются только параметрами элементов цепи ОС. Используя различные ОС, можно осуществлять различные математические операции. Поэтому усилители были названы операционными.

Условное обозначение ОУ приведено на рисунке 2.4.

Здесь:

вход 1 – неинвертирующий вход, т.е. выходной сигнал совпадает по фазе с входным;

вход 2 – инвертирующий вход, т.е. выходной сигнал в противофазе с входным;

выход – однотактный;

+Е_п и ‑Е_п – ‑ выводы двух источников питания Е_п или двуполярного источника.

Реальные ОУ обычно имеют большое число выводов для подключения внешних цепей частотной коррекции, формирующих требуемый вид амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) усилителя.

Характеристики реальных ОУ немного отличаются от идеальных.

Коэффициент усиления – важнейший количественный показатель работы любого усилителя. Коэффициент усиления напряжения К_u=U_вых/Uвых; коэффициент усиления тока К_i=I_вых /I_вх; коэффициент усиления мощности .

Общий коэффициент усиления многокаскадного усилителя равен произведению коэффициентов усиления каскадов .

Коэффициент усиления К выражается безразмерной величиной либо в децибелах (дБ), так как человеческое ухо различает разницу уровня звука на 1 дБ ‑ на величину, пропорциональную логарифму от соответствующего изменения звуковой энергии. .

Коэффициент усиления К является комплексной величиной, так как выходной сигнал отличается от входного по фазе.

В общем виде, например, для напряжения

где К – модуль , ‑ разность фаз входного и выходного сигнала.

Внешние цепи ОУ

В операционных усилителях используются внешние цепи:

а) цепи коррекции частотной характеристики – частотно-зависимые RC -цепи;

б) цепи балансировки для установки нулевого напряжения на выходе при нулевом входном;

в) цепи защиты:

1) от пробоя на входе при высоком входном напряжении;

2)от короткого замыкания на выходе включается последовательно резистор примерно 400 омов;

3) от переполюсовки источника питания при неправильной полярности включения;

4) от перенапряжения источника питания;

г) цепи обратной связи.

Обычно в ОУ используется отрицательная обратная связь, т.к. без нее даже при коэффициент усиления стремится к бесконечности и может достичь предельного значения.

Отрицательная обратная связь позволяет создать схему с заданными функциями, достичь нужного коэффициента усиления, повысить стабильность и устойчивость схемы, добиться необходимых и , уменьшить линейные и нелинейные искажения.

Дешифратор. Шифратор.

Дешифратор – это многовыходная комбинационная логическая схема (КЛС), в которой каждой комбинации переменных на входе соответствует единичный сигнал только на одном из выходов.

Двоичные дешифраторы преобразуют двоичный код в код «1 из k».

В ЭВМ используется дешифратор для дешифрации номера такта, адреса запоминающей ячейки, для коммутации каналов. Имеет n входов и k выходов.

Входы дешифратора обозначаются двоичными весами разряда 1,2,4,8… , выходы – номерами наборов, вызывающих их возбуждение –

Дешифратор называется полным,если k =2ⁿ , т.е. реализует все минтермы (для каждой комбинации на входе есть выходная шина). Неполный дешифратор – k<2ⁿ , если часть входных наборов не используются.

В общем случае схема дешифратора может быть описана системой собственных функций:

где – двоичные переменные на входе.

Дешифратор можно строить на различных элементных базисах.

Например, на «И» на вход подается прямой и инверсный входной сигнал.

Используются три основных способапостроения дешифраторов:

а) линейный или матричный;

б) пирамидальный или древовидный;

в) прямоугольный или ступенчатый

Схема наращивания разрядности дешифратора:

 

Шифратор

Шифратор ( СД ) выполняет функцию, обратную функции дешифратора.

Двоичный шифратор – КЛС, преобразует код «1 из N» в двоичный. При наличии «1» на одном из входов, появляется n -элементная комбинация на выходе, соответствующая номеру возбужденного входа.

Шифратор применяется для ввода данных с клавиатуры, для преобразования в двоичный код номера нажатой кнопки и т.д. Полный двоичный шифратор имеет N_вх =2ⁿ – входов, где n - число выходов, неполный N_вх<2ⁿ.

Билет 40

Устройство транзистора

Биполярный транзистор – это полупроводниковый триод с двумя взаимодействующими p-n переходами, усилительные свойства которого обусловлены явлениями инжекции и экстракции носителей заряда. Биполярными они называются, так как играют роль оба типа носителей: электроны и дырки.

Транзистор имеет три слоя, соответственно три электрода и два p-n перехода (см. рисунок 1.10). Площадь между n₁-p намного меньше, чем между p-n₂. Структура транзистора несимметрична. Слой, сильно легированный с меньшей площадью, служащий для инжекции носителей в базу, называется эмиттером (Э). Слой с большей площадью, служащий для экстракции носителей из базы и собирающий эти носители, называется коллектором (К). Средний слой, управляющий движением носителей от эмиттера к коллектору, называется базой (Б)

.

Через базу осуществляется также связь двух p-n переходов, которые называются соответственно эмиттерным (ЭП) и коллекторным (КП) переходами. Взаимодействие переходов обеспечивается очень малой толщиной базы между переходами (несколько десятков микрометров). В любом случае она должна быть намного меньше диффузионной длины неосновных носителей в базе. Кроме того, электропроводность базы должна быть значительно меньше электропроводности эмиттера.

Транзисторы с однородной базой называются бездрейфовыми, с неоднородной – дрейфовыми. В зависимости от последовательности расположения типов слоев полупроводника различают транзисторы n-p-n- (см. рисунок 1.11,а) и p-n-p (см. рисунок 1.11,б) - типов.

Принцип работы транзисторов обоих типов одинаков, различие заключается лишь в том, что в транзисторе n-p-n- типа через базу к коллектору движутся электроны, инжектированные эмиттером, а в транзисторе p-n-p- типа – дырки. Для этого к электродам транзистора подключают источники питания обратной полярности. В микросхемах главным образом используются n-p-n -транзисторы, а p-n-p -типа – используется в сочетании с n-p-n и пара называется комплементарной, в дискретном исполнении – в основном p-n-p -типа.