Гл2_06 (Старые лекции), страница 7

Длявыходных напряжений первых каскадов UВ+ и UВ- , приложенных к резисторам R3 имеем:R2U Â + − U Â − = (1 + 2 )i(U + − U − ).R1Сигналы смещения и температурного дрейфа обоих усилителей вычитаются, поэтому, если они идентичны, компенсируют друг друга. Идентичности каналов ОУ можнодобиться, выполняя их на одном кристалле. Далее сигналы UВ+ и UВ- поступают на входырассмотренного нами ранее дифференциального усилителя, так что выходной сигнал схемы будет равен:R2 R4U ВЫХ = (1 + 2)i i(U + − U − ).R1 R3При этом также должны быть согласованы R3 и R4.В современных интегральных инструментальных усилителях пользователю предоставлена возможность изменять сопротивление резистора R1, присоединяя параллельноему внешний резистор и увеличивая коэффициент усиления до необходимой величины.Такие схемы недороги, и, если требуется усиливать разностный сигнал, практически полностью вытеснили усилители на отдельных каскадах ОУ.В заключение хотелось бы отметить, что в настоящее время разработаны и поставляются специализированные и блоки аналоговой обработки информации различных датчиков.

Они выдают стандартные выходные сигналы, метрологически проверены и, часто,аттестованы в Российской Федерации и за рубежом. По возможности используйте такиеприборы и не занимайтесь необоснованной самодеятельностью.На этом мы заканчиваем изучение средств аналоговой обработки информации. Длятех, кто желает пополнить приведенные здесь сведения и расширить свои знания в области схемотехники рекомендую посмотреть приведенные в приложении П1 материалы.

Вразделе «Операционные усилители», скачанном мною из internet содержится изложениесхемотехники внутреннего построения операционных усилителей. Опытный пользовательдолжен знать внутреннее устройство. В статье «Описание схемы МТ11-4Ч» приведеноРябов Владимир Тимофеевич. Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»МГТУ им.

Н. Э. Баумана, V_Ryabov@mail.ru77описание и расчет схемы аналоговой обработки сигнала датчика абсолютного давления.Из изданной литературы настоятельно рекомендую [2, 3, 4].Вопросы к экзамену.1. Операционный усилитель: идеальные и реальные параметры. Технологии производства и параметры ОУ.2. Операционный усилитель: правила расчета на примере инвертирующего усилителя и неинвертирующего усилителя.3.

Операционный усилитель: дифференциаторы и интеграторы.4. Операционный усилитель: компараторы.5. Инструментальный усилитель. Вывод формулы коэффициента усиления.6. Технологии производства ОУ и отличия реальных схем от идеальных.Рябов Владимир Тимофеевич. Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»МГТУ им. Н.

Э. Баумана, V_Ryabov@mail.ru782.3. Технологии и типовые элементы для обработкидискретной информацииЭлементы для обработки дискретной информации делятся на две большие группы:комбинационные логические схемы (КЛС) и последовательностные схемы. У КЛС выходнойсигнал определяется входом, у последовательностных схем – выход определен входом и состоянием схемы. Входов и выходов может быть несколько, говоря обобщенно вход или выход, мы подразумеваем некоторый вектор X или Y. КЛС – это группа логических вентилей, воснове которых основные логические операции НЕ, И, ИЛИ, исключающее ИЛИ и их сочетания. Последовательностная схема образуется введением в КЛС обратных связей, так чтоКЛС является и основой их построения.

Здесь мы повторим основы построения КЛС, необходимые нам для их грамотного использования.Интегральная схемотехника лишь тогда смогла добиться потрясающих результатов, когда смогла освободиться от инерции схемотехнических решений на дискретныхкомпонентах. Впервые схемотехники поверили в нее, когда появилась транзисторнотранзисторная логика ТТЛ и соответствующая ей технология производства - ТТЛ технология.А.

Транзисторно-транзисторная логика ТТЛ и транзисторнотранзисторная логика с диодами Шоттки.Ix1Основу ТТЛ составляет многоэмиттерный транзистор (рис.2.27) – элемент, неслишком нужный в качестве отдельного дискретного компонента. Если на обоих входахХ1 и Х2 высокий уровень, ток, протекающий+5V+через резистор R1 и базово-эмиттерный переIб2ход транзистора VT1 попадает в базу транзиR2R1Y б)стора VT2 (рис.2.27,а).

На рис. 2.27,б),в) покаVT1+X1VT2зан диодный эквивалент многоэмиттерногоX2транзистора VT1. Транзистор VT2 оказываетсяIб2открыт и входит в состояние насыщения. Наа)в)его коллекторе формируется низкий уровень(менее 0.6В, уровень нуля), т.к. все напряжеРис. 2.27.ние при протекании коллекторного тока падает на резисторе R2. Как только на одном из входов появляется низкий уровень(рис.2.27,б), ток начинает протекать через соответствующий эмиттерный переход (типовое значение тока – 0.25мА). Ток базы транзистора VT2 пропадает и он закрывается.

Диодный эквивалент на полностью характеризует работу многоэмиттерного транзистора.При появлении тока Ix1 открывается и многоэмиттерный транзистор и база VT2 замыкается с землей. За счет этого напряжение на коллекторе возрастает практически до питания(уровень единицы). В таблице истинности приведены соответствующие схеме по рис.

2.27значения входов X1, X2 и выхода Y. Как видим, получился элемент И-НЕ.X1 X2 Y001011101110Реальная схема ТТЛ элемента конечно сложнее. Нужно повысить нагрузочнуюспособность выхода. В нуле коллектор транзистора VT2 способен принять достаточнобольшой ток (10 мА и более), а вот в единице выходящий ток создает заметное падениенапряжения на резисторе R2. Уменьшение R2 приведет к перегрузке выходного транзистора. Поэтому добавляют еще один каскад из двух синфазно работающих транзисторов(один открыт, второй закрыт).Рябов Владимир Тимофеевич. Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»МГТУ им. Н. Э. Баумана, V_Ryabov@mail.ru79Представленная на рис.

2.27 схема ТТЛ элемента, несмотря на упрощения, отражает основные свойства этой логики:− входы не потребляют, а отдают ток;− выход в нуле потребляет ток, причем, нагрузочная способность может быть достаточновысока;− в единице выход выдает ток, причем, нагрузочная способность ниже, чем в нуле;− в нуле выходной каскад находится в состоянии глубокого насыщения.Схема и технология ее реализации достаточно просты, а топология не может бытькомпактной.

Почему же по ТТЛ технологии делают только схемы малой степени интеграции? Все дело в рассеиваемой на элементе мощности. Она слишком велика. Для обеспечения высокого быстродействия требуются большие токи, чтобы быстро вывести транзисторы из состояния глубокого насыщения, когда напряжения на коллекторах становятсяменьше, чем на базах.ТТЛШ логика не позволяет транзисторам входить в состояние глубокого насыщения благодаря тому, что коллекторно-базовый переход шунтирован диодом Шоттки. Ранее мы упоминали о таких диодах, это диод на переходе металл - низколегированный полупроводник.

Если на топологии биполярного транзистора распространить металлизациюбазы на коллекторную зону, такой диод получится автоматически, т.е. база замкнется сколлектором диодом Шоттки. Этот диод имеет малое падение напряжения в прямом направлении и не позволяет на коллекторе иметь напряжение ниже базового более чем на0,3В, т.е. ограничивает состояние насыщения транзистора. Имеется три семейства ТТЛШвентилей: быстродействующая (531 серия - при том же потреблении, что и ТТЛ имеетпримерно втрое меньшие времена переключения), экономичная (555 серия - при том жебыстродействии потребление вчетверо меньше) и улучшенная (серия 1533 - большее быстродействие и втрое - четверо меньшее потребление).

Типовое время переключения серии 1533 – наиболее распространенной сейчас ТТЛШ серии – около 10 – 15 нс. Она является аналогом зарубежной серии ALS.Б. МОП-логикаИсторически первыми появились р-МОП БИС. На таких схемах были в 70-х годахсделаны первые микропроцессорные комплекты С5-11 и одноплатные отечественныемикроЭВМ, по сути – прообразы современных микроконтроллеров. Основной недостатоктакой логики – сравнительно малое быстродействие, поскольку носителем заряда являются дырки. На смену им быстро пришла n-МОП логика. Начало 70-х.

Первый микропроцессор Intel 8008, затем Intel 8080, отечественный аналог – микропроцессорный комплектК580 – все это первые n-МОП БИС. Для своего питания эти схемы требовали не одного, ацелый набор напряжений +5В, ±12В, причем подаваться они должны были в определенной последовательности. Но частоты уже были в пределах нескольких мегагерц. Чутьпозже были разработаны и выпущены улучшенные n-МОП серии, требующие единственного пятивольтового питания. Сейчас n-МОП – основная технология выпуска недорогихБИС общего применения.Комплементарная k-МОП логика и k-МОП технология оперирует уже полевыми транзисторами с каналами «p» и «n» типа. ХаракT1T2Y терной особенностью этих приборов является практически нулевоепотребление, если схема находится в состоянии покоя и не переклюX1T3чается.

Частоты работы на уровне n-МОП. На рис. 2.28 показана упT4X2рощенная схема элемента И-НЕ, функциональный аналог приведенной на рис. 2.27 схемы. Чтобы перевести выход Y в состояние логического нуля (напряжение менее 0,8В) следует открыть оба транзиРис. 2.28.стора Т3 и Т4, для чего следует подать единицы (напряжение более+V/2) на на оба входа Х1 и Х2. При этом оба транзистора Т1 и Т2 закроются. При снятиивысокого уровня хотя бы с одного их входов, закроется соответствующий n-канальныйРябов Владимир Тимофеевич. Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»МГТУ им.

Н. Э. Баумана, V_Ryabov@mail.ru80транзистор и откроется комплементарный ему р – канальный. Выход перейдет в состояниелогической единицы и напряжение на нем будет близко к напряжению питания +V.Выход реальной k-МОП логики симметричен относительно питания и представляетсобой комплементарную пару МОП транзисторов. В нуле открыт n, а в единице р - канальный, поэтому нагрузочная способность этой логики, в отличие от ТТЛ и ТТЛШ, одинакова и весьма велика.Долгое время k-МОП логику преследовал эффект тиристорного защелкивания.Иногда, чаще всего при включении питания, оказывались открыты оба выходных транзистора и схема скоропостижно перегорала. Сейчас с тиристорным эффектом покончено иотечественные схемы серии 1554 являются k-МОП аналогами серии ТТЛШ 1533, но имеют более высокую нагрузочную способность, равные принимаемые токи в нуле и выдаваемые в единице, менее критичны к питанию, но немного дороже.