Prin urmare, de obicei trebuie să faceți compromisuri și să alimentați amplificatorul operațional cu o tensiune mai mică (pentru acesta). Majoritatea amplificatoarelor operaționale moderne sunt operabile la o tensiune de alimentare mai mare de 3 V (± 1,5 V) și numai seria K574 - cu o tensiune de alimentare mai mare de 5 V. De asemenea, special pentru utilizare în joasă tensiune (5 V). ) sunt produse tehnologie digitală, amplificatoare operaționale și seria LM2901 ... LM2904: parametrii lor sunt ideali la o tensiune de alimentare de 5 V, iar performanța este menținută în intervalul „standard” de 3 ... 30 V. jumătate de tensiune de alimentare” necesară pentru funcționarea amplificatorului operațional și a comparatorului poate fi „realizat” folosind un divizor de tensiune prin.
O altă problemă este potrivirea nivelului. Este imposibil să se aplice un semnal digital la intrarea microcircuitelor analogice, în special a semnalului de la ieșirea microcircuitelor (au o amplitudine a tensiunii de ieșire egală cu tensiunea de alimentare). Acest lucru a fost discutat mai detaliat mai sus și puteți reduce amplitudinea semnalului de la ieșirea digitală folosind un divizor de tensiune.
Semnalul de la ieșirea analogică, funcționând în modul digital, are aproape întotdeauna o amplitudine suficientă pentru funcționarea digitală normală, dar există și „ciudali” în acest sens. Unele microcircuite analogice au un nivel de log. „0” corespunde unei tensiuni de ieșire egală cu +2,1 ... 2,5 V în raport cu firul comun (la care este conectată intrarea de putere negativă), iar pentru circuitele TTL și unele, tensiunea de comutare este de 1,4 ... 3,0 V. Apoi, cu ajutorul unui astfel de set analogic există nivelul jurnalului. „0” la intrarea digitalului menționat mai sus este imposibil. Dar cu instalarea nivelului de jurnal. „1” la intrarea unei probleme digitale nu apare aproape niciodată. Prin urmare, există două ieșiri: fie aplicați la intrarea „-U” doar o tensiune negativă mică analogică (-2 ... -3 V) în raport cu firul comun (Fig. 2.8, o), care poate fi generată folosind orice generator, la ieșirea căruia este conectat - ( Fig. 2.8, b); R este necesar, astfel încât, atunci când tensiunea de la ieșirea amplificatorului operațional este mai mică decât tensiunea de pe firul comun, nu dezactivează microcircuitul digital (TTL) sau supraîncărcați protecția (), aceasta poate fi de la 1 kOhm la 100 kOhm. A doua ieșire trebuie plasată între microcircuitele analog și digital (Fig. 2.8, c): în acest caz, tensiunea nivelului log va scădea și la intrarea digitală. „1”, care este nesemnificativ, și tensiunea de nivel log. „0”, care este ceea ce avem nevoie.
Ieșirile comparatorului sunt de obicei realizate conform unui circuit colector deschis (Fig. 2.8, d), prin urmare, atunci când se utilizează comparatoare pentru a controla circuitele digitale, este necesară o „pull-up” (este conectată între ieșirea comparatorului și „+ U ” autobuz). În circuitele TTL, acestea sunt instalate intern la fiecare intrare; în -circuite, acestea trebuie instalate „în exterior”. Nu există niciodată rezistențe „pull-up” „în interiorul” comparatoarelor.
Căderea de tensiune la joncțiunile tranzistorului de ieșire al comparatorului (Fig. 2.8, d) nu depășește 0,8 ... 1,0 V, așa că nu există niciodată probleme cu controlul circuitelor digitale. Deoarece ieșirea comparatorului este realizată în funcție de circuitul colector deschis, tensiunea de alimentare a comparatorului („+ U”) poate fi mai mare sau mai mică decât tensiunea de alimentare digitală - nu trebuie făcute modificări la circuit. „Pull-up” în acest caz trebuie conectat între ieșirea comparatorului și magistrala „+ U” a părții digitale.
Să spunem că trebuie să creăm, care va controla valoarea propriei tensiuni de alimentare și, de îndată ce devine mai mult sau mai puțin decât norma, se va porni.
Pentru început, să încercăm să creăm unul bazat pe microcircuite digitale. După cum știți, tensiunea de comutare digitală este foarte slabă de la tensiunea de alimentare, prin urmare, pentru a controla tensiunea de alimentare, intrarea elementului logic poate fi conectată direct la magistralele de alimentare (Fig. 2.10, a). În acest circuit, cel de jos răspunde la o scădere a tensiunii de alimentare (apoi un „unul” este setat la ieșire), iar cel de sus reacționează la o creștere - și în acest caz, un nivel de log este setat la ieșire a elementului DD1.2. „1”. Semnalele de la ieșirile ambelor canale sunt însumate de circuitul de diode „2OR”, iar cu un „unu” la una dintre ieșiri, nivelul de log este setat la ieșirea lui DD1.4. „0”, permițând generatorului să funcționeze.
Acest circuit poate fi simplificat dacă utilizați multi-input (Fig. 2.10, b). În aceste scheme DD1.2 (Fig. 2.10, a)
Orez. 2.10. Dispozitive de control al tensiunii: a - pe invertoare; b - îmbunătățirea elementelor logice; c - pe microcircuite analogice, se folosește unul dintre elementele de „intrare” - datorită acestui fapt, nevoia de adunator a dispărut. Sper că vă dați seama cum funcționează acestea.
Asambland unul dintre aceste circuite, veti observa ca in timp ce tensiunea de alimentare se incadreaza in intervalul normal, curentul consumat de circuit nu depaseste cativa microamperi, dar pe masura ce se apropie de limita normei, acesta creste brusc de mii de ori. Există curenți prin intermediul. Odată cu o schimbare suplimentară a tensiunii de alimentare, se va porni (dacă tensiunea de alimentare pulsa, atunci va „zdrăni” mai întâi în timp cu ondulațiile) și după un timp, cu o schimbare și mai mare a tensiunii de alimentare, curentul consumat de circuit va începe să scadă.
Dacă nu aveți nevoie de astfel de „trucuri”, puneți-l într-un circuit sau un amplificator operațional. Dacă este pornit de la nivelul jurnalului. „O” este mai convenabil: ieșirile lor pot fi conectate împreună (nu puteți face acest lucru cu un amplificator operațional!) Și vă puteți descurca cu un rezistor „pull-up” comun. Dar dacă începe cu o „unitate”, este mai convenabil pentru amplificatorul operațional: salvați 2 rezistențe prin care curge curentul în modul „standby” (în timp ce tensiunea este în intervalul normal).
Spre deosebire de cele discutate mai sus, într-un astfel de circuit veți avea nevoie de o sursă de tensiune exemplară. Cel mai simplu mod este să-l asamblați pe un rezistor și o diodă zener sau pe un generator de curent și un rezistor (sau, mai bine, o diodă zener). Opțiunea de rezistență cu diode zener este cea mai ieftină, dar majoritatea diodelor zener încep să funcționeze normal doar cu un curent care trece prin ele de câțiva miliamperi, iar acest lucru afectează consumul de energie al întregului. Cu toate acestea, cele moderne de dimensiuni mici încep să stabilizeze tensiunea la un curent de 10 μA sau mai mult. Pe baza generatoarelor de curent (), curentul minim de stabilizare poate fi oricare.
Pentru a încărca mai puțin, vom conecta direct ieșirea acesteia la intrările comparatoarelor (amplificatoarele operaționale moderne și comparatoarele sunt neglijabile și nu depășesc 0,1 μA) și vom activa „regulatoarele” de reglare în același mod ca în circuitele discutate mai sus. S-a dovedit ceea ce este arătat în fig. 2,10, în; oricine poate fi conectat la ieșirile acestor circuite. Dacă utilizați op-amp-uri quad () în circuit, îl puteți asambla pe elemente „libere”.
Și acum, pentru a decide care dintre circuite (digital sau analog-digital) este mai bun, să le comparăm caracteristicile:
După cum puteți vedea, ambele scheme au avantaje și dezavantaje, iar avantajele uneia acoperă dezavantajele celeilalte și invers. Prin urmare, nu trebuie să vă străduiți din toate puterile pentru a vă asambla pe propria schemă conform schemei „corecte”, în care digitalul funcționează cu un semnal digital și analogul funcționează cu unul analogic; uneori includerea non-standard de elemente, ca în fig. 2.10 și 2.10.6 vă permit să economisiți piese și energie electrică. Dar cu o includere non-standard, trebuie să fii extrem de atent: majoritatea elementelor din acest mod sunt instabile și, sub influența celor mai mici influențe, pot „lovi” sau chiar eșuează cu totul. Este foarte dificil să se prevadă desfășurarea evenimentelor cu o includere a elementelor non-standard chiar și pentru practicanții radioamatori cu experiență, prin urmare, este posibil să se determine operabilitatea (sau inoperabilitatea) unuia sau altuia „non-standard” numai pe o aspect. În același timp, vei afla și curentul consumat de circuit și alte caracteristici care te interesează și vei putea, de asemenea, să corectezi evaluările elementelor individuale.
Un loc aparte în istoria electronicii îl ocupă așa-numitul „555 timer”, sau pur și simplu „555” (compania care a dezvoltat acest microcircuit l-a numit „ΝΕ555”, de unde și numele). acesta este o combinație simplă, ca toate ingenioase, de dispozitive analogice și digitale și, din această cauză, versatilitatea sa este uimitoare. La un moment dat (începutul anilor 90), în multe publicații de radio amatori, exista un titlu de genul „Gândește-te la o nouă aplicație pentru cronometrul 555” - apoi erau oferite doar mai multe scheme standard de comutare pentru aceasta decât paginile din această carte.
Și acesta (principiul de funcționare) este foarte simplu: sub influența unui semnal de modulare extern analog (nu digital!), frecvența, ciclul de lucru sau durata semnalului de ieșire se modifică.
Există două tipuri: liniară și pulsă. Liniare (amplitudine, frecvență, fază etc.) sunt folosite doar în difuzare, deci nu vor fi luate în considerare aici. Există lățimea impulsului (PWM) și impulsul de fază (PPM). Practic, nu diferă unul de celălalt, așa că sunt adesea confuzi.Nu puteți face acest lucru - pentru că dacă ați venit cu două nume diferite pentru ei, atunci cineva avea nevoie de el. Ele diferă prin faptul că frecvența PWM a semnalului de ieșire este neschimbată (adică, dacă durata impulsului a crescut de X ori, atunci durata pauzei va scădea de X ori), în timp ce pentru PWM se modifică (durata uneia dintre jumătățile). cicluri - un impuls sau o pauză - este întotdeauna aceeași, în timp ce celălalt se modifică în timp cu tensiunea de modulare).
Vom lua în considerare funcționarea modulatoarelor conform diagramelor situate în dreptul figurilor. Este foarte convenabil să aplicați semnalul de modulare pentru temporizatorul 555 la intrarea sa REF (această intrare a temporizatorului 555 este concepută doar pentru asta; nu puteți pune semnalul „modulator” pe intrarea REF a altor microcircuite!), ceea ce este de obicei făcută.
Să începem cu FIM. acesta nu este practic diferit de un generator convențional, iar frecvența impulsurilor de ieșire ale PIM este calculată prin formula generatorului. Dar să vedem ce se întâmplă dacă la intrarea REF a „generatorului” se aplică o tensiune externă.
După cum se poate vedea din diagrame, sub influența modificărilor tensiunii de modulare sau, dacă cineva a uitat esența acestui termen, raportul dintre perioada pulsului (log. "1" + log. "O") la durata pulsului (log. „1”). Și iată de ce se întâmplă.
Când nu este aplicată nicio tensiune externă la intrarea REF, tensiunea de pe aceasta este egală cu 2/3 din tensiunea de alimentare și egală cu 2, adică durata impulsului este egală cu durata pauzei. Acest lucru este ușor de verificat cu ajutorul calculelor teoretice: nivelul log. „O” la ieșirea generatorului va fi stabilit numai după ce tensiunea la intrările sale R și S devine egală cu 1/3 U cc față de magistrala „U cc” și nivelul log. „1” - după ce tensiunea la intrări devine egală cu 2/4 U cc în raport cu firul comun. În ambele cazuri, căderea de tensiune pe rezistorul de setare a frecvenței R1 este aceeași, deci timpii de impuls și de pauză sunt la fel.
Să presupunem că sub influența unui semnal extern, tensiunea la intrarea REF a scăzut. Apoi, tensiunea de comutare a ambelor comparatoare de temporizator va scădea și ea - să spunem, până la 1/4 și, respectiv, 2/4. Apoi nivelul jurnalului. „1” se va schimba într-un jurnal. „O” la ieșirea temporizatorului după ce tensiunea de pe condensatorul de setare a frecvenței crește de la 1/4 U cc la 2/4 U cc, iar nivelul de log. „O” va fi înlocuit cu un nivel de jurnal. „1” după ce scade de la 2/4 U cc la 1/4 U cc . Este ușor de observat că în primul caz, căderea de tensiune pe rezistorul de setare a frecvenței este mai mare (la U cc = 10 V, se schimbă de la 7,5 V la 5,0 V) decât în al doilea (2,5 V -» 5,0 V). ), și, dacă ne amintim legea lui Ohm, curentul care curge prin primul caz va fi de 2 ori mai mare decât în al doilea, adică la nivel de log. „1” la ieșirea temporizatorului se va încărca de 2 ori mai repede decât se va descărca - la nivelul jurnalului. „0”. Adică durata pulsului este de 2 ori mai mică decât durata pauzei, iar cu o scădere suplimentară a tensiunii, REF va scădea și mai mult.
Este logic să rețineți că, pe măsură ce tensiunea la intrare crește, REF va începe să crească și, de îndată ce depășește 2/3 U cc, durata impulsului va deveni mai mare decât durata pauzei.
Pe baza unui astfel de modulator, este foarte convenabil să colectați o varietate de pulsații. Cel mai simplu C4 se încarcă rapid. De îndată ce tensiunea de pe ea se apropie de valoarea setată de rezistența R7, VT3 va începe să se deschidă ușor, tensiunea la intrarea REF DA1 va începe să scadă și durata impulsurilor la ieșirea generatorului va scădea. Cu fiecare ciclu de ceas al generatorului din C4, prin VT1 și VT2, din ce în ce mai puțină energie va fi „pompată”, până când, în cele din urmă, apare echilibrul dinamic: C4 primește exact aceeași cantitate de energie pe care o dă sarcinii - în timp ce tensiunea de pe acesta rămâne neschimbată. Dacă curentul de sarcină crește brusc, tensiunea pe condensator va scădea ușor („sarcina „se așează” sursa de alimentare”), VT3 se va închide ușor și durata impulsului va fi log. „1” la ieșirea generatorului va crește până când echilibrul dinamic este atins din nou. Odată cu scăderea curentului de sarcină, durata impulsurilor, dimpotrivă, va scădea.
Echilibrul dinamic nu trebuie confundat cu echilibrul adevărat. Acesta din urmă apare atunci când, de exemplu, greutăți de aceeași masă sunt plasate pe două cântare; un astfel de echilibru este foarte instabil și este foarte ușor să-l rupi prin modificarea ușoară a masei oricărei greutăți. O analogie a adevăratului echilibru din lumea electronicii este atunci când, pentru a reduce tensiunea, aceștia folosesc pentru a alimenta o sursă de energie de joasă tensiune dintr-o sursă de energie de înaltă tensiune. Atâta timp cât curentul consumat de circuit este neschimbat, tensiunea pe el este neschimbată. Dar de îndată ce curentul consumat crește, tensiunea de pe circuit scade - echilibrul este perturbat.
Prin urmare, în toate circuitele moderne de alimentare (și nu numai în ele), principiul echilibrului dinamic este implementat: o parte (se numește „circuit OOS” - acest termen vă este deja familiar) monitorizează semnalul la ieșirea lui. dispozitivul, îl compară cu semnalul de referință (în circuitul din Fig. 2.14 "tensiune de referință" - tensiunea de declanșare a tranzistorului VT3; nu este foarte stabil, dar nu avem nevoie de mare precizie; pentru a crește precizia menținerii tensiunea de ieșire neschimbată, puteți înlocui invertorul (k ycU și 20 ... 50) cu un op-amp) și, dacă două semnale nu sunt egale unul cu celălalt, modifică tensiunea la ieșirea dispozitivului în corespunzătoare direcție până când se potrivesc.
Deoarece în acest circuit poate fi pusă doar o cascadă în circuitul OOS (doar un astfel de amplificator operațional și chiar un op-amp scump poate amplifica semnalul de tensiune; un k ycU în acest circuit, pentru a crește stabilitatea tensiunii de ieșire, trebuie să fie semnificativ). ), apoi, cu o creștere a tensiunii pe rezistența motorului R7, tensiunea la intrarea REF va scădea și indiferent de structură (nu va funcționa normal.
Prin urmare, a trebuit să trișez puțin: puneți o treaptă intermediară pe tranzistor (VT1) la ieșirea lui DA1 și eliminați semnalul pentru a controla tranzistorul de putere al structurii p-n-p (VT2) de la acest tranzistor. Adevărat, a apărut o nouă problemă: capacitățile emițătorului de bază al tranzistorilor sunt încărcate „cu un fluier”, dar sunt descărcate foarte lent. Din această cauză, se deschide brusc (ceea ce este necesar) și se închide foarte lin, în timp ce căderea de tensiune la bornele colector-emițător crește treptat și puterea eliberată pe acesta sub formă de căldură crește brusc. Prin urmare, pentru a accelera procesul de blocare a tranzistorilor, a fost necesar să se instaleze R4 și R6 cu rezistență scăzută. Datorită acestora, eficiența amplificatorului cu un curent de ieșire mare este mai mare decât fără ele (pierderile de energie pentru încălzirea radiatorului tranzistorului VT2 sunt reduse), iar cu unul mic (mai puțin de 200 mA) - mai puțin: numai după câteva mai complicate: acest lucru necesită impulsuri suplimentare de declanșare. Aceasta este diferența fundamentală dintre FIM și PWM.
Cum funcționează este clar vizibil din diagrame. Durata impulsurilor de declanșare pentru un astfel de modulator (ca în Fig. 2.12) ar trebui să fie cât mai scurtă posibil, cel puțin în momentul în care C1 este încărcat la tensiunea de comutare la intrarea R, nivelul logarului ar trebui să fie deja setat la intrarea S. . „1”, care trebuie să reziste ceva timp (aproximativ 1/100 din durata pulsului) pentru ca C1 să fie descărcat. În caz contrar, autoexcitarea poate apărea la o frecvență apropiată de frecvența maximă de funcționare pentru cea utilizată în circuit.
Toate circuitele electronice existente pot fi împărțite condiționat în 2 clase: digitale și analogice.
semnal analog reprezintă o mărime electrică care se schimbă continuu în timp (de obicei curent sau tensiune), care se află în intervalul informativ permis de valori în orice moment, adică valoarea de ieșire și intrarea sunt conectate între ele prin dependența funcțională 1/out = L(/ bou) .
semnal digital caracterizat de obicei prin două valori stabile (maximum și minim), în timp ce se schimbă
trecerea de la o valoare la alta are loc într-un interval scurt de timp.
Circuitele analogice se bazează pe cele mai simple etape de amplificare și cascade, în timp ce circuitele digitale se bazează pe comutatoare simple cu tranzistori.
Pe baza etapelor de amplificare sunt construite amplificatoare complexe cu mai multe etape, stabilizatoare de tensiune și curent, modulatoare și detectoare, generatoare de semnal continuu în timp și alte circuite.
În timpul funcționării oricărui circuit analogic, o abatere (împrăștiere) a semnalelor de ieșire C / ieșire (O într-un anumit interval, adică poate exista o schimbare de temperatură și timp a parametrilor elementelor circuitului, zgomot, răspândirea tehnologică a parametrilor). , etc. Dificultatea de a obține o acuratețe ridicată a reproducerii caracteristicilor elementelor cu stabilitatea lor bună și zgomotul minim a făcut ca dezvoltarea circuitelor analogice să rămână în urma circuitelor integrate digitale în etapele incipiente ale dezvoltării microelectronicii Cu toate acestea, în prezent, acest decalajul a fost eliminat și microcircuitele analogice sunt folosite ca element principal de bază al majorității dispozitivelor analogice. Acest lucru a făcut posibilă reducerea semnificativă a dimensiunilor totale și a greutății acestor dispozitive, precum și a consumului de energie și îmbunătățirea acurateței procesării informațiilor analogice. Ultimul avantaj se datorează faptului că în IC pe un substrat a format un set de elemente cu caracteristici reciproc consistente (principiul potrivirii reciproce a circuitelor) și același tip de elemente au aceiași parametri și compensarea reciprocă a instabilității parametrilor în toate intervale de influențe externe admisibile.
Circuitele integrate analogice pot fi împărțite în universalȘi de specialitate. Circuitele integrate analogice de uz general includ matrice de rezistențe potrivite, diode și tranzistoare și amplificatoare operaționale integrate (amplificatoare operaționale).
Circuitele analogice specializate îndeplinesc anumite funcții specifice, cum ar fi: multiplicarea semnalelor analogice, filtrarea, compresia etc.
Convertoare analog-digitale (ADC)Și convertoare digital-analogic (DAC) transforma informatia analogica in informatie digitala si invers. ADC-urile convertesc practic tensiunea într-un cod digital. Dintre DAC-uri, cele mai utilizate sunt convertoarele cod-la-tensiune și cod-la-curent.
Microcircuite integrate pentru microunde au caracteristici funcționale, de circuite și design-tehnologie. Dezvoltarea lor este stimulată de nevoile radarului, televiziunii, tehnologiei aerospațiale etc., care necesită producția în masă de amplificatoare cu zgomot redus pentru recepția pistelor, convertoare de frecvență, comutatoare de semnal cu microunde, generatoare, amplificatoare de putere etc.
Circuitele integrate, în comparație cu circuitele discrete, au caracteristici distinctive datorită specificului tehnologiei lor. Caracteristicile circuitelor integrate analogice includ principiul menționat anterior de potrivire reciprocă a circuitelor și principiul redundanței circuitelor, care constă în complicarea deliberată a circuitului pentru a-i îmbunătăți calitatea, a minimiza suprafața cipului și a crește fabricabilitatea. Un exemplu este faptul că circuitele integrate analogice folosesc structuri complexe cu conexiuni directe în loc de un condensator de suprafață mare.
Calculatoarele digitale moderne fac posibilă efectuarea unei game largi de operații matematice cu numere cu precizie ridicată. Cu toate acestea, în sistemele de măsurare și control, cantitățile care trebuie prelucrate sunt de obicei semnale continue, cum ar fi modificarea valorilor tensiunii electrice. În aceste cazuri, este necesar să se utilizeze convertoare analog-digital și digital-analogic. Această abordare se justifică numai atunci când cerințele pentru acuratețea calculelor sunt atât de mari încât nu pot fi furnizate cu ajutorul calculatoarelor analogice. Calculatoarele analogice existente fac posibilă obținerea unei acuratețe de cel mult 0,1%. Cele mai importante circuite de calcul analogice bazate pe amplificatoare operaționale sunt discutate mai jos. De obicei, vom presupune că amplificatoarele operaționale sunt ideale. Cu cerințe ridicate pentru precizia operațiilor matematice, este necesar să se țină seama și de proprietățile amplificatoarelor reale.
Schema de însumare
Pentru a suma mai multe tensiuni, puteți utiliza un amplificator operațional într-o conexiune inversă. Tensiunile de intrare sunt alimentate prin rezistențe suplimentare la intrarea de inversare a amplificatorului (Fig. 1). Deoarece acest punct este un zero virtual, atunci, pe baza primei legi Kirchhoff, la curenții de intrare zero ai unui amplificator operațional ideal, obținem următoarea relație pentru tensiunea de ieșire a circuitului:
U afară / R = - (U 1 /R 1 + U 2 /R 2 + ... + Un/Rn).
Orez. 1. Schema sumatorului inversor
Schema de integrare
Cea mai importantă pentru calculul analogic este utilizarea amplificatoarelor operaționale pentru implementarea operațiunilor de integrare. De regulă, pentru aceasta este utilizată o includere inversă a unui amplificator operațional (Fig. 2).
Orez. 2. Schema integratorului inversor
Conform primei legi Kirchhoff, luând în considerare proprietățile unui amplificator operațional ideal, pentru valori instantanee rezultă: i 1 = -i c. Deoarece i 1 = u 1 /R 1, iar tensiunea de ieșire a circuitului este egală cu tensiunea pe condensator:
atunci tensiunea de ieșire este dată de:
membru permanent u out(0) definește condiția inițială de integrare. Folosind circuitul de comutare prezentat în Fig. 3, este posibil să se implementeze condițiile inițiale necesare. Când cheia S 1 este închis și S 2 este deschis, acest circuit funcționează în același mod ca și circuitul prezentat în fig.2. Dacă cheia S 1 deschis, atunci curentul de încărcare cu un amplificator operațional ideal va fi zero, iar tensiunea de ieșire va păstra valoarea corespunzătoare momentului de oprire. Pentru a seta condițiile inițiale, cu cheia deschisă, S 1 cheie de închidere S 2. În acest mod, circuitul simulează legătura inerțială și după încheierea procesului tranzitoriu, a cărui durată este determinată de constanta de timp R 3 C, ieșirea integratorului va stabili o tensiune
|
U afară = - (R 3 /R 2)U 2 . |
Orez. 3. Integrator cu un lanț de stabilire a condițiilor inițiale
După ce cheia este închisă S 1 și cheie de deschidere S 2 integratorul începe să integreze tensiunea U 1 pornind de la valoarea (2). Burr-Brown lansează integratorul cu două canale ACF2101 cu condensatori integrati de 100 pF, comutatoare de resetare și de menținere. Curenții de intrare ai amplificatoarelor nu depășesc 0,1 pA.
Folosind formula de determinare a coeficientului de transfer al unui amplificator inversor și considerând că în circuitul din Fig. 2 R 1 =R, a în loc de R 2 condensatoare incluse cu rezistenta operatorului Z 2 (s)=1/(sc), se poate găsi funcția de transfer a integratorului
|
|
Înlocuirea în (2) s=j , obținem răspunsul în frecvență al integratorului:
Stabilitatea integratorului poate fi estimată din caracteristicile de frecvență ale buclei de feedback, iar în acest caz coeficientul de transfer al legăturii de feedback va fi complex:
Pentru frecvențe înalte, tinde spre 1 și argumentul său va fi zero. În acest domeniu de frecvență, circuitul este supus acelorași cerințe ca un amplificator de feedback unitar. Prin urmare, aici ar trebui introdusă și o corecție a răspunsului în frecvență. Mai des, un amplificator cu corecție internă este folosit pentru a construi un integrator. Un LAFC tipic al circuitului de integrare op-amp este prezentat în fig. 4. Constanta integrării = RC luate egale cu 100 μs. Din fig. 4 se poate observa că în acest caz amplificarea minimă a circuitului de feedback va fi | K n |=| K U | 600, adică se va asigura o eroare de integrare de cel mult 0,2%, nu numai pentru frecvențe înalte, ci și pentru frecvențe joase.
Orez. 4. Răspunsul în frecvență al integratorului
În concluzie, observăm că amplificatoarele operaționale care funcționează în circuitele integratoare sunt supuse unor cerințe deosebit de ridicate în ceea ce privește curenții de intrare, tensiunea de compensare zero și câștigul de tensiune diferențială. K U. Curenții mari și decalajul zero pot provoca o deviere semnificativă a tensiunii de ieșire atunci când nu există semnal la intrare și, cu un câștig insuficient, integratorul este un filtru trece-jos de ordinul întâi cu câștig. K U și constanta de timp (1+ K U) R.C.
Schema de diferențiere
Schimbând rezistența și condensatorul în circuitul integrator din Fig. 2, obținem un diferențiator (Fig. 5). Aplicarea primei legi a lui Kirchhoff la intrarea de inversare a amplificatorului operațional în acest caz dă următoarea relație:
C(dU in / dt) +U afară / R= 0,
U afară = - RC(dU in / dt).
Orez. 5. Circuit diferențiator
Folosind formula
și având în vedere că în diagrama din fig. 5 în schimb R 1 folosit 1/ sc, A R 2 =R, găsim funcția de transfer a diferențiatorului
proporțional cu frecvența.
Implementarea practică a circuitului de diferențiere prezentat în fig. 5 este plin de dificultăți semnificative din următoarele motive:
în primul rând, circuitul are o impedanță de intrare pur capacitivă, care, dacă sursa semnalului de intrare este un alt amplificator operațional, poate face ca acesta să devină instabil;
în al doilea rând, diferențierea în regiunea de înaltă frecvență, în conformitate cu expresia (4), conduce la o amplificare semnificativă a componentelor de înaltă frecvență, care înrăutățește raportul semnal-zgomot;
în al treilea rând, în această schemă, legătura inerțială de ordinul întâi este activată în bucla de feedback a amplificatorului operațional, ceea ce creează o întârziere de fază de până la 90 în regiunea de înaltă frecvență:
Se adaugă la decalajul de fază al amplificatorului operațional, care poate fi la fel de mare sau chiar mai mare de 90, ceea ce face ca circuitul să devină instabil.
Pentru a elimina aceste deficiențe, includerea unui rezistor suplimentar în serie cu condensatorul R 1 (prezentat în linie punctată în Fig. 5). Trebuie remarcat faptul că introducerea unei astfel de corecții practic nu reduce intervalul de frecvență de funcționare a circuitului de diferențiere, deoarece la frecvente inalte, datorita scaderii castigului in bucla de feedback, inca functioneaza nesatisfacator. valoarea R 1 CU(și, prin urmare, funcția de transfer zero RC- circuite) este indicat să alegeți astfel încât la o frecvență f 1, câștigul buclei de feedback a fost 1 (vezi Fig. 6).
Orez. 6. LAFC a schemei de diferențiere pe amplificatorul operațional
Circuitele integrate analogice includ toate tipurile de circuite integrate, a căror funcționare este asociată cu procesarea semnalelor continue în timp. Astfel de circuite integrate sunt amplificatoare de semnal electric, filtre, multiplicatori de semnal etc. Amplificatoarele operaționale (amplificatoare operaționale) sunt utilizate pe scară largă. Ele sunt utilizate în diferite dispozitive funcționale, deoarece pe baza amplificatorului operațional este posibil să se implementeze o gamă largă de operatori liniari și neliniari pentru conversia semnalelor de intrare în semnale de ieșire (a se vedea clauza 1.6.1, clauza 1.6.2).
Un amplificator operațional este un circuit integrat analog care are cel puțin cinci pini (Figura 4.20).
Două ieșiri ale amplificatorului operațional sunt folosite ca intrări, o ieșire este ieșirea, celelalte două ieșiri sunt folosite pentru a conecta sursa de alimentare a amplificatorului operațional. În funcție de relațiile de fază ale semnalelor de intrare și de ieșire, una dintre ieșirile de intrare (intrarea 1) se numește neinversoare, cealaltă (intrarea 2) se numește inversoare. Tensiune de ieșire U out este legat de tensiunile de intrare Uîn 1 Și Uîn 2 raport
U afară = K U 0(Uîn 1 –Uîn 2 ),
Unde K U 0- câștig de tensiune intrinsecă a amplificatorului operațional (limitat de valorile 10 5 ... 10 6).
Din expresia de mai sus rezultă că amplificatorul operațional percepe doar diferența de tensiuni de intrare, numită semnal diferenţial de intrare, și este insensibil la orice componentă a tensiunii de intrare care afectează ambele intrări ale amplificatorului operaţional simultan.
Ca sursă de alimentare, amplificatorul operațional folosește o sursă de tensiune bipolară (+ E P, -E P). Pinul din mijloc al acestei surse este de obicei o șină comună pentru semnalele de intrare și de ieșire și, în majoritatea cazurilor, nu este conectat la amplificatorul operațional. Tensiunea de alimentare a amplificatoarelor operaționale reale este în intervalul V. Utilizarea unei surse de alimentare cu un punct de mijloc face posibilă modificarea nu numai a nivelului, ci și a polarității tensiunilor de intrare și de ieșire ale amplificatorului operațional.
Pe fig. 4.21 prezintă diagrame ale convertoarelor funcționale ale semnalului de intrare (tensiune) u semnal de intrare la ieșire u out bazat pe amplificatorul operațional nereversibil (a) și reversibil (b).
| A) |
| b) |
Pentru a crea rezistență Z1Și Z OS se folosesc rezistente R1, R OS) și condensatoare ( C1, C OS), precum și dispozitive semiconductoare: diode redresoare, diode zener, tranzistoare etc. În tabel. 4.5 arată dependența tensiunii de ieșire u ieșire de la tensiunea de intrare u intrare de convertoare funcționale (regulatoare) cu un amplificator operațional inversor (Fig. 4.21b) pentru diverse implementări Z1Și Z OS.
Implementarea unor convertoare de funcții
pe un amplificator operațional inversor
Tabelul 4.5
| k=R OS /R 1, T I =R 1 C OS LA =R OS /R 1, T D = R OS C 1, T I = R 1 C OS |
| T I = R 1 C OS |
| LA =R OS /R 1 T D = R OS C 1 |
| C OS R OS |
| C OS |
| R OS |
| Z OS Z1 R1 C1 R1 |
Circuitele integrate analogice sunt concepute pentru a converti și procesa semnale care se modifică conform legii unei funcții continue. Sunt utilizate în echipamente de comunicații, televiziune și telecontrol, calculatoare analogice, casetofone, instrumente de măsură, sisteme de control etc.
Datorită îmbunătățirii tehnologiei și a metodelor de proiectare, gama de microcircuite analogice este în continuă extindere. Un număr mare de microcircuite sunt produse pentru generatoare, detectoare, modulatoare, convertoare, amplificatoare, întrerupătoare, întrerupătoare, filtre, surse de alimentare secundare, dispozitive de selecție și comparare cu diverse scopuri și funcționalități, precum și microcircuite și microcircuite multifuncționale, care sunt seturi de elemente.
Compoziția funcțională a celor mai comune serii domestice de circuite integrate analogice, care sunt utilizate atât la fabricarea de echipamente profesionale, cât și în practica radioamatorilor, este prezentată în tabel. 2.1.
Seria diferă semnificativ în domeniile de aplicare primară, compoziția funcțională și numărul de circuite integrate incluse în ele.
Un grup mare de serii este destinat în principal pentru crearea de echipamente radio transceiver; seriale sunt produse pentru echipamente de televiziune, casetofone, electrofoane și alte dispozitive. Toate aceste serii pot fi împărțite condiționat în complete funcțional și incomplete funcțional. Complete din punct de vedere funcțional constau dintr-o gamă largă de microcircuite specializate aparținând diferitelor subgrupe funcționale (Tabelul 2.1). Fiecare dintre aceste serii face posibilă crearea practic a tuturor componentelor unor astfel de dispozitive, cum ar fi receptoare radio, televizoare și altele similare din punct de vedere al complexității, care sunt implementate în prezent în proiectarea microelectronică.
Serii incomplete din punct de vedere funcțional constau dintr-un număr mic de cipuri specializate sau de uz general. Ele sunt destinate în principal pentru a crea unități separate de echipamente analogice.
O atenție deosebită a specialiștilor și radioamatorilor merită o serie care combină cele mai versatile microcircuite din punct de vedere al funcționalității lor - amplificatoare operaționale (§ 2.8). Fiecare amplificator operațional poate servi ca bază pentru un număr mare de noduri aparținând diferitelor subgrupuri și tipuri funcționale.
Tabelul 2.1
Tabelul 2.2 și Tabelul 2.3
Tabelul 2.4
Pentru a caracteriza microcircuite de diferite serii și pentru o evaluare comparativă a microcircuitelor aparținând aceluiași tip, se folosesc în principal seturi de parametri funcționali. Cu toate acestea, în practica ingineriei și radioamatorilor, un rol important îl joacă și factori precum tensiunea de alimentare, proiectarea, greutatea și condițiile maxime de funcționare permise pentru microcircuite. Adesea, acestea au o importanță decisivă atunci când alegeți elementul de bază pentru un anumit echipament.
Datele privind tensiunea de alimentare sunt date în tabel. 2.2, din care se poate observa că pentru alimentarea microcircuitelor sunt folosite tensiuni nominale diferite de polaritate pozitivă și negativă. În acest caz, toleranța în majoritatea cazurilor este de 4-10%. Excepție fac microcircuitele din seria K140 cu o toleranță de ±5%, parte a microcircuitelor din seria K224 cu toleranțe de ±5, ±20 și ±25% ale microcircuitelor din seria K245 cu o toleranță de ±20%, precum și parțial 219, Microcircuite din seriile K224, 235 și K237, funcționează normal atunci când tensiunea se schimbă într-un interval mai larg.
Diferența de mărime a tensiunilor de alimentare în multe cazuri practice face dificilă sau imposibilă utilizarea cipurilor de diferite serii într-un singur dispozitiv, chiar dacă acestea îndeplinesc cerințele pentru principalii parametri funcționali.
Designul microcircuitelor de diferite serii este variat. Ele diferă în formă, dimensiune, material carcasei, număr și tip de cabluri, greutate etc. După cum se poate vedea din tabel. 2.3, pentru microcircuitele luate în considerare în acest capitol se folosesc 25 de dimensiuni standard de carcase dreptunghiulare și rotunde cu pin sau cabluri plenare. Unele microcircuite (seria K129, K722 etc.) sunt disponibile în design cu cadru deschis, cu fire flexibile sau cabluri rigide. Masa microcircuitelor în cazuri variază de la fracțiuni de gram (cazurile 401.14-2 și 401.14-3) la 17 g (cazul 157.29-1). Masa microcircuitelor neambalate nu depășește 25 mg.
În funcție de condițiile maxime de funcționare admise, microcircuitele de diferite serii diferă semnificativ.
Diferența dintre intervalul de temperatură al utilizării microcircuitelor analogice este prezentată în tabel. 2.4. În mod evident, microcircuitele caracterizate prin limita inferioară a intervalului de temperatură - 10 sau - 30 ° C nu pot fi recomandate pentru utilizare în echipamente portabile proiectate să funcționeze în condiții de iarnă. Uneori, restricții serioase sunt impuse de limita superioară de +50 sau +55 ° С.
În ceea ce privește rezistența la stres mecanic, microcircuitele de diferite serii sunt apropiate unele de altele. Majoritatea microcircuitelor rezistă la sarcini de vibrație în intervalul de la 1 - 5 la 600 Hz cu o accelerație de 10 g. (Pentru microcircuite din seria K122, K123, accelerația nu trebuie să depășească 5 g, iar pentru microcircuite din seria KP9 și K167 - 7,5 g.) Excepție fac microcircuitele din seria K245 și o parte din microcircuitele din seria K224, domeniul de sarcină de vibrație pentru care este 1 - 80 Hz cu accelerație 5 g.
Volumul acestei cărți nu ne permite să luăm în considerare în detaliu toate microcircuitele produse de industria autohtonă. Prin urmare, următoarea este doar o scurtă descriere a celor date în tabel. 2.1 a seriei și microcircuitele incluse în acestea, indicând principalii parametri, a fost efectuată o comparație a microcircuitelor pe tipuri și a circuitelor și a caracteristicilor funcționale ale microcircuitelor din seriile K122, K140, K224, 235, K521, care, conform pentru autori, poate fi de cel mai mare interes pentru o gamă largă de cititori. Pentru un număr de microcircuite, sunt date exemple de unități funcționale tipice.
Informațiile necesare despre microcircuite din alte serii pot fi găsite în cataloage, cărți de referință, cărți și periodice, în primul rând în revistele „Radio” și „Industria electronică”. Când se utilizează aceste publicații, trebuie amintit că ele identifică adesea parametrii circuitelor integrate în sine și parametrii unităților funcționale, reprezentând uneori doar una dintre numeroasele opțiuni de utilizare a unui anumit microcircuit. Atunci când sunt utilizate cu alte elemente externe și cu alte opțiuni pentru comutarea ieșirilor, parametrii nodurilor pot diferi semnificativ de datele furnizate în literatură. În plus, trebuie remarcat faptul că în diverse surse există discrepanțe în descrierea microcircuitelor individuale la cuantificarea parametrilor acestora. Acest lucru se datorează extinderii gamei de serii individuale și modernizării unor microcircuite.
Serii de microcircuite pentru echipamente de radiocomunicații și radiodifuziune
articolul principal Serii de microcircuite pentru echipamente de radiocomunicații și radiodifuziuneSerii de cipuri pentru echipamente de televiziune
articolul principal Serii de cipuri pentru echipamente de televiziuneSerii de microcircuite pentru casetofone și electrofoane
articolul principal Serii de microcircuite pentru casetofone și electrofoaneSerii de microcircuite pentru dispozitive liniare și cu impulsuri
articolul principal Serii de microcircuite pentru dispozitive liniare și cu impulsuriMicrocircuite pentru amplificarea căilor de echipamente de comunicații radio și de difuzare
articolul principal Microcircuite pentru amplificarea căilor de echipamente de comunicații radio și de difuzareMicrocircuite ale surselor de alimentare secundare
De interes fără îndoială pentru radioamatorii și specialiștii sunt microcircuitele din seriile K181, K142, K278, K286, K299. Sunt destinate utilizării în surse de alimentare secundare pentru stabilizarea tensiunii. Astfel de dispozitive fac posibilă, în special, realizarea într-un mod nou a alimentării cu energie a dispozitivelor complexe cu surse de curent continuu nestabilizate prin utilizarea stabilizatorilor individuali pentru blocuri și cascade individuale.
Orez. 2.28. Cip K181EN1
Microcircuitul K181EN1 (Fig. 2.28) din seria K181 este realizat conform schemei cu conexiunea în serie a elementului de reglare. Etapele principale ale stabilizatorului sunt un tranzistor de control compozit (Tv, T7), un amplificator diferenţial simetric (TS) Td) şi o sursă de tensiune de referinţă, care include o diodă Zener Dz şi un emiţător urmăritor pe un tranzistor Ts.
Microcircuitul K181EN1 funcționează la o tensiune de intrare instabilă de 9 - 20 V, oferind o tensiune de ieșire stabilizată de 3 - 15 V. Curentul maxim de sarcină nu trebuie să depășească 150 mA. Coeficient de instabilitate de tensiune 7-103.
Seria K142 constă din șapte microcircuite, dintre care cinci sunt combinații diferite de patru diode.
Orez. 2.29. Stabilizator de tensiune pe cipul K142EN1
Orez. 2.30. Chip K299EV1
Microcircuitele K142EN1 și K142EN2 sunt stabilizatori de tensiune reglabili. Fiecare cip este produs în patru modificări. Printre acestea se numără stabilizatorii cu un coeficient de instabilitate a tensiunii de 0,1; 0,3 sau 0,5%, cu un factor de instabilitate curent de 0,2; 0,5; 1 și 2%. Limita inferioară a domeniului de reglare a tensiunii este de 3 sau 12 V, iar limita superioară este de 12 sau 30 V. Un exemplu de construire a unui regulator de tensiune pe un cip K142EN1 este prezentat în fig. 2.29.
Microcircuitele din seria K278 asigură la o tensiune de ieșire de 12 V și un curent de ieșire de 2,5 A, coeficientul de ondulare este mai mic de 0,012.
Seria K299 este concepută pentru a crea redresoare cu multiplicare a tensiunii. Tensiune de iesire 2000 - 2400 V. Curent de iesire 200 μA. Pe fig. 2.30 prezintă o diagramă a cipul redresor K299EV1.
Amplificatoare operaționale
articolul principal Amplificatoare operaționaleCI-uri comparatoare
În practica radioamatorilor, adesea devine necesară compararea valorilor semnalelor analogice cu rezultatul comparației sub forma unui semnal logic cu două niveluri. Această problemă poate fi rezolvată cu ajutorul unor microcircuite speciale - comparatoare. În cazul general, acestea sunt amplificatoare operaționale specializate cu o etapă de intrare diferențială care funcționează într-un mod liniar și o etapă de ieșire monofazată sau bifazată care funcționează într-un mod de limitare.
Orez. 2.33. Chip K521CA2 (a) și comparator de precizie pornit. cip K521CA1 (b)
Comparatorul este realizat conform unui circuit relativ simplu, fără intrări de gate.
La intrare a fost folosită o etapă diferenţială pe tranzistoarele T6 şi T7 cu un generator de curent stabil pe tranzistorul T9. Stabilizarea termică a modului tranzistorului T9 este asigurată de tranzistorul T10 într-o conexiune de diodă.
Cea de-a doua treaptă este realizată și în funcție de circuitul diferențial de pe tranzistoarele T4 și 7Y. Datorită circuitului de alimentare cu polarizare echilibrată, tensiunea de la baza tranzistorului T3 se menține constantă atunci când se modifică tensiunea de alimentare pozitivă. Dioda Zener D2 din circuitele emițătoare ale tranzistoarelor G4 și T5 fixează potențialele bazelor lor la nivelul de 7V. Această valoare determină semnalul de intrare valid. Pentru a crește capacitatea de încărcare a curentului de ieșire, a fost utilizat un emițător urmăritor pe tranzistorul 72.
Dioda zener D1 din circuitul emițător al acestui tranzistor este proiectată pentru a schimba nivelul semnalului de ieșire pentru a asigura compatibilitatea comparatorului de ieșire cu intrările microcircuitelor digitale TTL. Tranzistorul T8 oferă o cale pentru fluxul de curent de intrare al microcircuitului conectat la comparatorul TTL la 0 logic. Tranzistorul T1 în conexiune cu diodă închide ieșirea diferențială a celei de-a doua etape dacă variația tensiunii de ieșire în regiunea pozitivă depășește 4 V. Acest lucru ajută pentru a crește viteza comparatorului.
Mai perfectă este schema cu două canale pentru construirea comparatoarelor, implementată, în special, în microcircuitul K521CA1. Pe fig. 2.33.6 este un exemplu de utilizare a acestui microcircuit ca comparator de tensiune.
Se încarcă...