Ширина смуги пропускання до десяти МГц

У ОП зворотний зв'язок може бути поданий на інвертуючий або неінвертуючий входи. У першому випадки - це негативний зворотний зв'язок (НЗЗ). У другому – позитивний зворотний зв'язок (ПЗЗ).

Якщо вхідний сигнал подати на неінвертуючий вхід в підсилювач з НЗЗ, то він називатиметься неінвертуючим.

 

 

 

R_2ос- опір зворотному зв'язку. Від його величини залежить глибина зворотного зв'язку. Чим його величина більша, тим зворотний зв'язок менший, і навпаки.

К_п=U_вих/U_вх= (R₁+ R₂)/ R₁

Якщо вхідний сигнал подати на інвертуючий вхід в підсилювач з НЗЗ, то він називатиметься інвертуючим.

 

К_п=U_вих/U_вх=-(R₂/ R₁)

Підсилювач є інвертуючим чи неінвертуючим можна визначити в залежності від того, на який із входів подається вхідний сигнал.

Амплітудна характеристика неінвертуючого (1) і інвертуючого (2) підсилювачів.

 

 

 

Компаратор

Це пристрій, виконаний на ОП і призначений для порівняння двох сигналів.

Принципова схема такого підсилювача:

 

 

Особливості схеми:

У цій схемі підсилювач без зворотного зв'язку, тому К_п наближається до ¥, а значить, що навіть незначна різниця між напругою U_вх1 і U_вх2 сприяє заходу підсилювача в область насичення.

Компаратор може мати два стійкі стани виходу, в кожен з яких він переходить стрибком в залежність від рівня напруги на входах.

Табличний стан компаратора:

U_вх1> U_вх2 ®U_вих<0

U_вх1> U_вх2 ®U_вих>0

Вихідну напругу компаратора має такий знак на якому з входів «плюсовому» або «мінусовому» напруга більша.

При однаковій напрузі на вході напруга виходу дорівнює 0.

Передавальна характеристика компаратора:

 

 

 

ТРИГЕР ШМІТТА.

Тригером називається пристрій, що має 2 стійких стани виходу, в кожний з яких переходить стрибком, але з деякою затримкою, який називається гістерезисом.

 

 

Щоб побудувати тригер на ОП досить організувати в ньому позитивний зворотний зв'язок, який забезпечить затримку перемикання вихідного сигналу при зміні вхідного сигналу на величину ширини цієї петлі, при чому величина цієї петлі визначаться опором ПЗЗ (R_пос). Тобто, чим більша величина опору, тим вужча петля гістерезису.

 

 

R₁=R₂

U₁=U_нас/2 – прикладається до неінвертуючого входу

U_вх=U_нас

 

 

При зміні вхідного сигналу, згідно часової діаграми в позитивну сторону, навіть на невелику величину, вихідна напруга різко змінює значення «-U_нас». Дільник R₁, R₂ розділить цю напругу навпіл, яка через точку 1 подається на неінвертуючий вхід, що вводить ОП в ще більшу негативну напругу насичення, так продовжуватиметься до тих пір, поки вхідний сигнал не змінить свою полярність, і не стане рівним по величині напрузі в точці 1. Як тільки це відбудеться, U_вих стане рівним 0, а, отже, U₁=0 і негативне U_вх, подане на інвертуючий вхід, введе ОП в «+U_нас».

 

Передавальна характеристика тригера Шмітта.

 

 

Область а - ширина петлі гістерезису. Вона залежить від співвідношення резистора R₁ і R₂, яке визначає величину напруги, що подається на неінвертуючий вхід. Чим більша ця напруга, тим ширша петля.

 

Інтегратор.

Це електричний пристрій, що виконує математичну і фізичну операцію інтеграції вхідного сигналу.

 

 

 

 

t

U_вих=(- 1\(RC)) ∫ U_вх dt

 

 

 

Якщо на вхід інтегратора подати стрибок напруги, U_вих лінійно наростаючий, то швидкість наростання U_вих буде залежати від величини R і С, добуток яких називається сталою часу.

t=RC

 

 

Принцип роботи:

При подачі стрибка напруги на вхід ємність С починає заряджатися, при цьому коефіцієнт ОС максимальний, то значить, коефіцієнт підсилення = min.Тому вихідна напруга U_вих min. У міру зарядження ємності знижується коефіцієнт зворотного зв'язку, коефіцієнт підсилення збільшується і вхідна напруга визначається як

 

U_вих=K_п *U_вх

 

 

Робота інтегратора складається з трьох етапів:

1-ий: скидання

2-ий: інтегрування

3-ій: зберігання

 

 

 

 

Скидання; К₁-виключений; К₂-включений, при цьому ємність С розряджається до 0 через резистор R₂.

Інтеграція: К₁- виключений, К₂- включений при цьому відбувається процес розглянутий вище.

Зберігання: К₁,К₂-виключені, при цьому вхідний сигнал відключений, процес заряду ємності припинений і U_вих визначається величиной напругу до якого встигла заряджати ємність.

 

 

Суматор

Суматор – це електричний пристрій, що виконує математичні і фізичні операції підсумовування вхідних сигналів.

 

 

U_вих= - К(U_вх1 + U_вх2 + U_вх3)

К= U_вих/ U_вх=-(R₄/R₁) -коефіцієнт підсилення.

 

 

Генератор релаксації.

(автогенератор, побудований на ОП).

 

t₁=R₁C₁

 

t₂=R₂C₂

 

 

 

Схема містить кола позитивного і негативного зв'язку. Позитивний зворотний зв'язок забезпечує лавиноподібне перемикання схеми в одному з 2-х стійких станів. Негативний зворотний зв'язок визначає тривалість періоду Т. В перехідному процесі заряду і розряду конденсатора С існує поняття шпаруватості Q, яке визначається за формулою

Q=T/ τ₁.

 

Принцип роботи.

При підключенні джерела живлення, завдяки позитивному зворотньому зв'язку, схема ввійде в насичення:U_вих = -U_нас, при цьому ємність С почне заряджатися. Напруга на ємності буде змінюватися, як показано на часовій діаграмі, у бік збільшення від’ємного потенціалу на правому обкладці конденсатора С. При цьому на неінвертуючому вході дільником R₃, R₄ підтримуватиметься негативний потенціал, що визначається співвідношенням цих опорів. При досягненні на інвертуючому вході негативного потенціалу рівного по величині потенціалу неінвертуючого входу, схема переключиться в протилежний стан, тобто в +Uнас. Оскільки у момент вирівнювання вхідних потенціалів вихідна напруга на мить стане рівною 0, а на інвертуючому вході збережеться негативний потенціал зарядженої ємкості.

Процес заряду ємності негативного потенціалу відбувається по колу:

земля – ємність С – R₁ – D₁ – U_вих

Процес перезарядки ємності в позитивний потенціал відбуватиметься по колу:

U_вих – D₂ – R₂ – C – земля

Завдяки розділенню кіл перезарядки ємності можна змінювати шпаруватість U.

 

Мультивібратор, що чекає.

Це генератор призначений для формування імпульсів заданої тривалості, незалежних від тривалості сигналів, що запускаються.

 

 

t=(R₃+R₄)C₂

Принцип роботи

Після включення живлення, завдяки невеликому негативному зсуву (– U_зс) і позитивному зворотному зв'язку U_вих ОП, переходить в (– Uнас) і може залишатися в цьому стані скільки завгодно довго в очікуванні вхідного сигналу(режим, що чекає). Ємність С₂ повністю заряджена полярністю вказаною на схемі по колу:

R₄ – R₃ – C₂ – U_вих, тобто ємність заряджена і струм не протікає.

Потенціал того, що не інвертує =-U_зм, потенціал того, що інвертує = 0, завдяки R₁.

З приходом вхідного сигналу невеликої тривалості, потенціал інвертуючого входу на час заряду ємкості С₁ по колу: U_вх – С₁ – R₁, стане нижчим за U_зс, а значить, нижче за потенціал неінвертуючого входу, при цьому схема перейде в + U_нас. Ємність С₂ почне перезаряджатися вже в інший бік по колу: U_вих – С₂ – R₃ – R₄.

Тривалість цього процесу визначається виразом: τ=(R₃+R₄)*С₂

У міру заряду С₂ потенціал неінвертуючого входу знижуватиметься до 0. У цей момент потенціали двох входів ОП вирівняється і він завдяки -U_зс повернеться в початковий режим, що чекає.

Функціональна електроніка.

Електроніка дозволяє реалізувати функцію того або іншого електронного пристрою шляхом безпосереднього використання фізичних явищ в твердому тілі. Для переробки інформації у функціональних пристроях електроніки використовуються фізичні явища не пов'язані, обов'язково, з электропровідністю, наприклад, оптичні і магнітні явища розповсюдження ультразвука. Найбільш розроблені напрями функціональної електроніки:

- оптоелектроніка

- акустоелектроніка

- магнетоелектроніка

- криоелектроніка

- хемотроніка

- діелектрична електроніка

- біоелектроніка

Оптоелектроніка:

Оптоелектронний прилад визначається як прилад чутливий до електромагнітного випромінювання видиме в інфрачервоних і ультрафіолетових областях або ж як прилад, що використовує таке електромагнітне випромінювання для своєї роботи. Оптоелектроніка заснована на електронно-оптичному принципі отримання, передачі, обробки інформації, носієм якої є електрично нейтральний фотон. Поєднання двох способів обробки передачі інформації – оптичного і електричного, дозволяє досягати величезної швидкодії і високої щільності розміщення інформації, що зберігається. Найважливішою перевагою елементу оптоелектроніки є оптично зв'язані, а електрично ізольовані між собою. Основний елемент оптоелектроніки є оптрон. Він є 4-ох полюсником, що складається з трьох елементів:

- фотовипромінювача

- канали і середовища передачі світла

- фотоприймач

Які знаходяться в герметичному, світлонепроникному корпусі.

Загальне позначення:

 

До основних різновидів оптрона. У яких світловипромінювачем є світлодіод, відноситься:

- резисторні (фотоприймач – фоторезистор)

 

 

 

- діодні (фотоприймач – фотодіод)

 

 

- транзисторні (фотоприймач – фототранзистор)

 

 

- теристорні (фотоприймач – фототеристор)

 

 

Оптрон в електронних колах може виконувати наступні функції:

- переключення

- підсилення

- узгодження

- перетворення

- індикація

Схема передачі і підсилення інформації

 

 

Принцип роботи:

Передавана інформація, закодована напругою, що змінюється, поступає на вхід оптрона і модулює (змінює) яскравість світловипромінюючого діода. Змодульований світловий потік, через оптичний канал зв'язку, подається на фотодіод і модулює його зворотний опір. Через значно більшу напругу живлення вихідного кола відбувається посилення вхідного сигналу.

Оптичний зв'язок між передатчиками приймача інформації може здійснюватися за допомогою волоконно-оптичного кабелю. Такий зв'язок володіє дуже високою перешкодостійкістю і надійністю. Широкополостність такого каналу зв'язку величезна. Наприклад, тільки по одній лінії може бути передане 10¹⁰ телефонних розмов або 10⁶ телепередач.

 

Акустоелектроніка

Акустоелектроніка – це напрямок функціональної мікроелектроніки, яке базується на використанні п’єзоелектричного ефекту, а також явищ, зв’язаних із взаємодією електричних полів з хвилями акустичних напруг у п’єзоелектричному НП матеріалі. По суті, акустоелектроніка займається перетворенням акустичних сигналів у електричні і навпаки.

 

Виникнення п’єзо-ЕРС при стисканні елементарної комірки кварцу.

На мал. а позначено структуру елементарної комірки кварцу, яка складається з трьох молекул SiO₂. При відсутності деформації центр тяжіння позитивних і негативних іонів співпадає («+» - полюси кремнія, «-» - кисню). Стиск кристалу у вертикальному напрямі (мал. б) призводить до зміщення позитивних іонів вниз, а негативних – вгору. Відповідно на зовнішніх електродах появляється різниця потенціалів. Розглянуте явище називається прямим п’єзо- електричним ефектом.

Існує і зворотній п’єзоефект, коли під дією прикладеної напруги і в залежності від його полярності п’єзокристал (кварц, турмалін, сегнетова сіль і інші) поляризується і змінює свої геометричні розміри. Якщо ж до п’єзокристалу прикласти змінну напругу, то в ній збуджуються механічні коливання певної частоти, які залежать від розмірів кристала.

Магнетоелектроніка

Магнетоелектроніка звязана з використанням магнітних матеріалів в якості насіїв інформації. Це базується на тому, що вони володіють двома стійкими станами, які відповідають двом пороговим ділянкам циклу перемагнічування – магнітному насиченню і розмагнічуванню (залишкової намагніченості).

Для магнітних плівок найбільш цікаві електричні властивості пов’язані з гальванічними ефектами, які базуються на взаємодії носіїв струму з магнітним полем в плівці.

Кріоелектроніка

Кріоелектроніка ( від грецького «кріос» - холод, мороз) електроніка або кріогенна електроніка одна із нових галузей науки. Її розвитку сприяли дослідження явищ, які проходять в твердих тілах при низьких температурах.

До кріогенних температур відносять температури в межах 20⁰...0 ⁰К. Відомо, що опір будь-якого металу при зниженні температури падає. Але в деяких металах і сплавах, крім такого нормального зменшення питомого опору, спомтерігається і зовсім нове явище: при температурі біля 20⁰К і нижчій їх опір падає до нуля. Такі матеріали називаються зверхпровідниками. В наш час зверх провідність вдалось виявити приблизно в 20-ти елементах (зокрема, свинцю, ртуті, алюмінію, теллура), багатьох металічних сплавах (сплав свинцю з золотом), а також у інших сполуках, які містять неметали (сульфіду, міді, карбіду, молібдену і ін.)

Використання кріогенних температур дало можливість значно збільшити технічні і економічні параметри електронних приладів, в тому числі і обчислювальної техніки.

Хемотроніка

Хемотроніка, як новий науково-технічний напрямок виникла на межі електрохімії і електроніки. Це наука про будову різних електрохімічних приладів на основі явищ, зв’язаних з проходженням струму в рідких тілах з іонною провідністю.

До основних переваг рідинних (електрохімічних) приладів слід віднести: низькі робочі напруги (до 1-ого В) і малі струми (мА), що дають можливість, створювати досить економічні прилади.

Із різних технічних засобів хемотроніки найбільш цікавими є управляючі опори і запам’ятовуючі пристрої.

 

Пристрій хемотронного управляючого опору (мімістора)

Принцип роботи

Принцип роботи базується на зміні опору провідника в результаті катодного покриття його металом і анодного розчинення. Він складається із склянного корпусу 4, заповненого електролітом 1. На одній із стінок герметично закритої ванни нанесена електропровідна підставка 6, яка має виводи 7 і 5, які розміщені поза гальванічною ванною. Електроліт омиває електрод 2 з виводом 3.Вхідні сигнали подаються на електропровідну підставку 6 і електроліт 2.В залежності від полярності вхідних сигналів на підсавці 6 мідь буде або гальванічно осідати, або анодно розчинятись. Тим самим буде змінюватися електричний опір мідної плівки, яка знаходиться на підставці 6. Відтворення величини змінного опору в основному здійснюють з допомогою мостових вимірювальних схем.

Прилади такого типу мають діапазон зміни опору 0…1000 Ом, діапазон струмів управління - 0,05…1 мА, спожиту потужність управління - 10^-3…10^-6Вт, об’єм - 0,2…0,4 см³, масу - декілька грам.

Вони можуть пацювати при температуті 15…+100⁰С,стійкі до ударних навантаженнях і вібрації.

Діелектрична електроніка

При вивченні властивостей тонких плівок різних матеріалів (металічних і неметалічних), які використовуються в мікроелектроніці, були виявлені нові цікаві фізичні явища. Так в двошаровій структурі плівки, яка складається із тонких (прорядку 1-10 мкм) плівок металу і діалектрика (мал. а), приконтактна область діелектрика збагачується електронами, які отримуємо в результаті емісії з металу.

(мал.а) Емісія електронів із металічної плівки в тонкий шар діелектрика

 

 

Діалектричний діод Транзистор

 

Діелектричний діод являє собою плівочну структуру типу МДМ (метал – діалектрик – метал). Металічні плівки виготовляють із різних металів з різною роботою виходу (із золота і індія), діелектрична плівка утворена шляхом відкладання на метал тонкого шару сірчаного кадмію (CdS).

Біоелектроніка

Найбільш цікавий і перекпективний напрямок Ф.М.

Біоелектроніка виникла як одна із віток більш загальної наука – біоніки, яка досліджує спецефічні явища, що проходять в живих організмах, і використовує ці явища в різних науково-технічних цілях.