- •Схемотехника аналого – цифровых устройств
- •Лекция 1. Введение. Структура устройств ввода-вывода информации в эвм
- •Введение
- •Принципы построения систем обработки данных с использованием эвм
- •Состав устройств ввода информации в эвм
- •Состав устройств вывода
- •Лекция 2. Основные сведения об интегральном операционном усилителе. Структурная схема операционного усилителя
- •Понятие идеального усилителя и его свойства
- •Классификация операционных усилителей
- •Структурная схема операционного усилителя. Определения дифференциального и синфазного сигналов
- •Лекция 3. Основные параметры оу
- •Входные параметры
- •Выходные параметры и параметры передачи
- •Параметры передачи
- •Лекция 4. Схемотехника входных каскадов оу
- •Принципы построения входного дифференциального каскада
- •Малосигнальные параметры входного дифференциального каскада
- •Лекция 5. Генераторы стабильного тока в схемотехнике оу
- •Особенности построения источников тока в схемотехнике оу
- •Базовые схемы источников тока
- •Основные модификации источников тока
- •Лекция № 6. Назначение и принцип работы каскадов сдвига уровня и основы схемотехники выходных каскадов оу
- •Назначение и принцип работы каскадов сдвига уровня
- •Основы схемотехники выходных каскадов оу
- •Защита выходных каскадов от короткого замыкания
- •Лекция №7. Базовые схемы включения оу в аппаратуре
- •Повторитель напряжения
- •Неинвертирующий усилитель
- •Инвертирующий усилитель
- •Лекция 8. Частотная характеристика оу
- •Формирование частотной характеристики оу
- •Логарифмические частотные характеристики оу
- •Частотная характеристика оу при наличии отрицательной обратной связи
- •Лекция 9. Устойчивость работы схем с оу. Частотная коррекция
- •Причины неустойчивой работы схем с оу
- •Частотная коррекция схем с оу
- •Лекция 10. Схемы на основе оу для выполнения математических операций
- •Суммирующий усилитель
- •Интегрирующий усилитель
- •Пояснения к работе интегрирующего усилителя:
- •Дифференцирующий усилитель
- •Логарифмирующий усилитель
- •Лекция 11. Активные фильтры
- •Основные сведения, классификация и типы частотных характеристик активных фильтров
- •Анализ схемы двухполюсного активного фильтра
- •Фильтры с переключаемыми конденсаторами
- •Мдп-транзисторы (полевые транзисторы с изолированным затвором)
- •Для реализации резистора
- •Лекция №12. Компаратор напряжения
- •Основные сведения и особенности схемотехники компараторов напряжения
- •Принцип работы компаратора при сравнении сигналов разной полярности
- •Анализ систематических и случайных ошибок в работе компаратора при сравнении сигналов разной полярности
- •Лекция №13. Компаратор с гистерезисом
- •Принцип работы компаратора при сравнении сигналов одной полярности
- •Компаратор с гистерезисной характеристикой
- •Лекция №14. Классификация и состав функциональных блоков цифроаналоговых преобразователей
- •Классификация цифроаналоговых преобразователей
- •Ключевые элементы цифроаналоговых преобразователей
- •Резистивные матрицы цифроаналоговых преобразователей
- •Цап с матрицей двоично-взвешенных сопротивлений
- •Цап с матрицей r-2r с выходом по току
- •Цап с матрицей r-2r с выходом по напряжению
- •Далее, аналогично не сложно показать, что при коде 0010 потенциал точки а будет равен , а при коде 0001 –. Поэтому аналогично по двоичному закону будет меняться и выходное напряжение всей схемы.
- •Классификация ацп
- •Аналого-цифровые преобразователи последовательного счета
- •Ацп с промежуточным преобразованием во временной интервал
- •Ацп последовательного счета с цифровым интегратором
- •Ацп с двухтактным интегрированием
- •Лекция 17. Ацп слежения, параллельного действия и поразрядного кодирования
- •Аналого-цифровые преобразователи слежения
- •Аналого-цифровые преобразователи параллельного действия
- •Аналого- цифровые преобразователи поразрядного кодирования
- •Лекция №18. Теоретические основы аналоговой и гибридной вычислительной техники
- •Основные понятия моделирования. Система аналогий, критерий подобия
- •Масштабы и масштабные уравнения Пусть дифференциальное уравнение механической системы, являющееся упрощенной моделью системы подвески автомобиля имеете вид:
- •Пояснения к рисунку:
- •Примеры использования масштабных уравнений Расчет коэффициента передачи суммирующего усилителя
- •Пример моделирования дифференциального уравнения второго порядка
- •Лекция №19. Аналого-цифровые вычислительные комплексы
- •Структура аналого-цифрового вычислительного комплекса
- •Структура авм
- •Заключение
- •Список литературы
Выходные параметры и параметры передачи
К выходным параметрам ОУ относят выходное сопротивление и максимальное значение выходного напряжения и выходного тока.
Выходное сопротивление (Rвых) – это отношение приращения выходного напряжения к вызвавшему это приращение выходному току. Для идеального операционного усилителя Rвых ид. = 0. Для реальных ОУ Rвых современное сотни Ом единицы кОм.
Максимальная амплитуда выходного напряжения и максимальный выходной ток зависят от напряжения питания усилителя, от схемотехники выходного каскада и способа защиты от короткого замыкания на выходе.
Параметры передачи
К ним относят:
Частоту единичного усиления (fТ).
Скорость нарастания выходного напряжения .
Амплитудно-частотную характеристику (АЧХ).
fТ – это такая частота входного сигнала, при которой коэффициент усиления ОУ еще, по крайней мере, равен 1 (0 дБ).
Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) – зависимость модуля усиления усилителя от частоты входного сигнала. Для ОУ существует два вида АЧХ:
Рис. 17. АЧХ ОУ с внутренней частотной коррекцией
На рис. 19 АЧХ имеет постоянный спад коэффициента усиления и характеризует ОУ с внутренней частотной коррекцией.
Рис. 18. АЧХ ОУ без внутренней частотной коррекции
На рис. 20 представлена АЧХ, характерная для ОУ без внутренней частотной коррекции. Имеет несколько частот среза и разный спад АЧХ для разных частот.
Скорость изменения выходного напряжения .
Рис. 19. Скорость изменения выходного напряжения
Контрольные вопросы
1. Дайте определение и поясните физический смысл напряжения смещения нуля.
2. Поясните принцип компенсации ошибок от наличия входных токов ОУ.
3. Перечислите и дайте определение основных выходных параметров ОУ.
4. Основные параметры и характеристики передачи ОУ.
Лекция 4. Схемотехника входных каскадов оу
План лекции
1. Принципы построения входного дифференциального каскада
2. Малосигнальные параметры дифференциального каскада
Принципы построения входного дифференциального каскада
Производство и технология изготовления аналоговых интегральных схем (ИС) определяют два принципа микросхемотехники:
Принцип взаимного согласования цепей.
Принцип схемотехнической избыточности.
Эти два принципа существенно отличают схемотехнику электронных устройств, выполненных на дискретных радиокомпонентах, от схемотехники интегральных усилителей.
Принцип взаимного согласования заключается в такой конструктивно-технологической реализации элементов схемы, чтобы их электрические параметры были одинаковы или, по крайней мере, изменялись одинаково во всем диапазоне изменения эксплуатационных условий. Реализуется этот принцип за счет близкого расположения элементов схемы на кристалле и единой групповой технологии изготовления.
Принцип схемотехнической избыточности заключается в таком усложнении схемы и в получении избыточности усиления, чтобы, охватывая элементы схемы или всю схему в целом цепями отрицательной обратной связи, получить стабильные параметры устройства.
Принцип построения входного дифференциального каскада реализуется на различных вариантах схем дифференциальных усилителей, при этом в основе построения каскада используется взаимосогласованная пара биполярных или полевых транзисторов.
Рис. 20. Дифференциальный каскад на биполярных транзисторах
Пара биполярных транзисторов будет считаться взаимосогласованными, если по их линейной Т-образной эквивалентной схеме выполняются следующие условия:
Рис.
21.Линейная Т-образная схема
(20) | |
(21) | |
(22) | |
(23) |
Эти условия будут реализованы, если на подложке (кристалле) микросхемы, транзисторы (а именно их коллекторные и эмиттерные переходы) выполнены в строго одинаковом геометрическом размере.
Если имеется такая пара взаимосогласованных транзисторов, то идеальный дифференциальный входной каскад может быть получен дополнением этих транзисторов взаимосогласованными коллекторными нагрузками и идеальным источником тока в цепи эмиттера.
Рассмотрим принцип работы каскада на рис. 23 в процессе усиления дифференциального сигнала:
В режиме малого сигнала (при малом дифференциальном сигнале) или при дифференциальном сигнале, близком к нулю.
. |
(24) |
Учитывая, что , то
. |
(25) |
Тогда в режиме покоя схемы (когда Uд = 0) выходное напряжение усилителя определяется как разность:
.
|
(26) |
В этом случае считается, что усилитель сбалансирован.
При увеличении дифференциального сигнала указанной полярности транзистор VТ1 будет приоткрываться по отношению к режиму покоя схемы, то есть его ток эмиттера, а соответственно и ток коллектора, будет увеличиваться, и напряжение будет уменьшаться, поэтому этот выход называют инвертирующим. ТокI0 вырабатывается идеальным источником тока, поэтому должен оставаться постоянным. Это возможно в том случае, если при увеличении токаIэ1 симметрично будет уменьшаться ток Iэ2, то есть транзистор VТ2 будет призакрываться по отношению к режиму покоя. За счет уменьшения Iк(VТ2) напряжение будет увеличиваться, поэтому этот выход называют неинвертирующим.
. |
(27) |
Таким образом, изменение этого выходного напряжения будет в два раза больше, чем изменение выходного напряжения на каждом из коллекторов.
Рассмотрим, как идет подавление синфазного сигнала (на рис. 22 обозначен пунктиром).
При увеличении синфазного сигнала указанной полярности оба транзистора одновременно стремятся к приоткрыванию, это может привести к увеличению уровня тока I0, за счет этого на внутреннем сопротивлении источника тока, которое очень велико, появляется дополнительное падение напряжения. То есть для транзисторов VТ1 и VТ2 возникает отрицательная обратная связь по току, за счет которой транзисторы приоткрываются и схема возвращается в исходное состояние.