Шишкин Г.Г., Шишкин А.Г. - Электроника (1006496), страница 46
Текст из файла (страница 46)
В общем случаения источника питания, однако для упро-щения схемы подключения источника пи~+в)Рис.8.13тания обычно не изображаются.Диапазон изменения напряжений на входе для обеспечения правильного функционирования ОУ ограничивается таким образом, чтобы это напряжение не было мень-Глава8.247Аналоговые интегральные схемыи.ыхинас =u+-1в2Без обратнойсвлзьюсвлзиинас =и-+1вРис.ше-0,5 В.8.14Напряжение И 0 на выходе ОУ не может превыситьнапряжения источника питания. При этом максимальное значение И 0 всегда по крайней мере на1Вменьше абсолютной величины питающего напряжени.Я.
При низкоомной нагрузке И 0заметно меньше этой максимальной величины: большинствоОУ питаются от сдвоенного источника питания с отрицательным и положительным полюсами, подключенными к специальным выводам ОУ (см. рис.8.13,в).Идеальная передато';lная характеристика ОУ (рис.8.14)представляет собой ломаную линию, состоящую из линейно восходящей (область усиления) и горизонтальной (область насыщения). Вобласти насыщения выходное напряжение ограниченно напряжением питания и, как только что отмечено, ниже его на(см. рис.8.14).1 ... 2 ВКоэффициент усиления К в ОУ очень велик, особенно при работе на низких частотах, где он достигает значений 105 ••• 106 , поэтому ширина линейной зоны (диапазон изменения входных напряжений) весьма незначительна (см.
рис.кривая8.14,1). При напряжении питания ±10 В и указанных коэффициентах усиления диапазон изменения входных напряжений, соответствующий линейному участку,составляетт. е. достаточно малые входные сигналы< 1 мВ0,02 ... 0,2 мВ,вызывают уженасыщение усиления и при больших значениях входных сигналов возникают нелинейные искажения. По этой причине и рядудругих на практике обычно применяют ОУ с обратной связью(ОС) (рис.8.15,а). В этом случае часть выходного напряжениячерез элемент отрицательной обратной связиZ2подаете.я на инвертирующий вход.
Величина напряжения, поступающего навход за счет ОС, определяется делителем напряженияZ1' Z 2 •Ко-Раздел2482.ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫб)а)Рис.эффициент,8.15показывающий, какая часть напряжения поступает с выхода на вход; называется коэффициентом обратной связи(F).Для схемы простого делителя напряжения на рис.FZ 1 /(Z 1=+ Z 2 ),8.15,апри этом дифференциальная составляющая на-пряжения на входе ОУ Ui = И 1 - (И§+ FU0 ),где И§ изменениеИ 2 из-за наличия ОС. Коэффициент усиления ОУ с отрицательной обратной связью К 0 с равенК0 с = К/(1где К~(8.22)коэффициент усиления ОУ без обратной связи.-При+ FK),FK » 1 соотношение (8.22) принимает вид К0 с1/F, т.~K/FK ~е. К0 с не зависит от К, а определяется главным образомпараметрами ОС.
Для схемы на рис.8.15,а(8.23)Наличие отрицательной обратной связи значительно расширяет динамический диапазон входных напряжений, при этомпередаточная характеристика имеет вид кривой2на рис.8.14.Коэффициенты усиления ОУ без ОС обычно сильно отличаются друг от друга (порой в десяток раз) даже в пределах партии однотипных ОУ.
Кроме того, К сильно зависит от частоты входногосигнала и может изменяться от 106 на частоте 10 Гц до единицы именее на частотах в несколько МГц. Колебания напряжения питания и температуры также сильно влияют на величину К.На практике достаточно часто применяют ОУ с ОС при отсутствии делителя напряжений, когда инвертирующий вход закорачивается на выход (рис.случае равен+1.8.15, б).Коэффициент усиления в данномСхема имеет наименование повторителя напряжения, так как выходное напряжение ОУ повторяет входное. Повторитель напряжения имеет очень большое входное сопротивлениеГлава9.Цифровые интегральные схемы249и весьма малое выходное, поэтому он используется для согласования относительно низкоомной нагрузки с высокоомным источником сигнала без заметного уменьшения амплитуды сигнала.Су~цествует достаточно много разновидностей включения ОУ,которые позволяют получать стабильные параметры, устойчивыев широком диапазоне изменения входных величин и окружающихусловий, что определяется конкретным функциональным назначением ОУ.
Они находят очень широкое применение в различныхустройствах и схемах. Отметим только некоторые из них: преобразователь ток-напряжение; преобразователь напряжение-ток;источник тока, управляемый напряжением; вычитающий усилитель; активный фильтр низких частот-интегратор; прецизионный детектор или выпрямитель; логарифмический преобразователь; стабилизатор положительного напряжения; фазовращатель свысоким входным и низким выходным сопротивлениями, мультиплексор аналоговых сигналов, генератор импульсов и т. д.--Q_S)-------ij Контрольныевопросы~-1--------1.
Особенности аналоговых ИС, применение, классификация.2.Основные схемы, принципы работы, параметры источниковстабильного тока, стабильного напряжения и опорного напряжения.3.Схемные разновидности, особенности, принципы работы, параметры и характеристики дифференциальных усилителей.4.Операционные усилители: схемы, коэффициенты усиления,характеристики, параметры, области применения.Глава9ЦИФРОВЫЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ9.1. Особенностицифровых интегральных схемВ цифровых интегральных схемах все транзисторы работаютв ключевом режиме, т.
е. находятся либо в закрытом состоянии(режим отсечки), либо в открытом (режим насыщения). Состоя-Раздел250нияотсечкии2.ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫнасыщенияимитируютлогическиеединицуиноль (высокий и низкий логические уровни) соответственно.В процессе переключения транзисторы быстро переходят из одного состояния в другое, минуя активный режим. С точки зрения цифровой техники схема ключа выполняет функцию простейшего логического элемента-инвертора и в статическом режиме может находиться в одном из указанных двух состояний.Специфику и различия цифровых и аналоговых схем можнопонять на основе рассмотрения передаточных характеристик.
Нарис.9.1изображены две передаточные характеристики, где в качестве входных и выходных величин приняты соответствующиенапряжения. Кривая1на этом рисунке относится к инвертирующим схемам, у которых низким входным напряжениям соответствуют высокие выходные. Зависимость2является характеристикой неинвертирующих схем, у которых малым входным напряжениям соответствуют малые выходные.
Характеристики21исвойственны как простейшим цифровым, так и аналоговымсхемам, однако использование этих характеристик в обоих случаях различается принципиально.Входные и выходные сигналы в транзисторном ключе (цифровая схема) принимают два значения: ключ разомкнут, чемусоответствует точка А на рис.ключ замкнут__:_ точка В: Uвых9.1: ивых = ивыхА• ивх = ивхА;= Uвыхв• Uвх = Uвхв· Входные ивыходные напряжения имеют только два значения, соответствующие разомкнутому и замкнутому состоянию.
Форма передаточнойи.ыххарактеристикимеждуточками А и В для цифровойсхемы не имеет значения. Ее выАходные и входные величины ос1таются без изменения. В результате этих особенностей цифровые____2_схемы мало чувствительны к разбросу параметров, к их температурной зависимости, к высокимэлектромагнитным помехам, чтоиллюстрируется на рис.9 .1 изменением входного сигналаЛИвх(шумы, наводки) около точки В.оЭти небольшие изменения не отЛUсРис.9.1ражаются на величине выходного сигнала.Глава9.251Цифровые интегральные схемыВ аналоговых усилительных схемах входные и выходныесигналы принимают любые значения между точками А и В исвязаны друг с другом функцион.альной зависимостью И вых ==f(U 8 x) (см.гл.8).В этом случае любые отклонения на рассматриваемом участке (штриховые линии на рис.9.1)будут отражаться на работе схемы, ибо будут изменяться как входные, таки выходные значения.
Например, при одном и том же входномсигнале И вх с = И с выходной сигнал может принимать значенияИ вых с' и И вых С'" а рабочая точка С перемещается в положениемежду С' и С".9.2.Элементарные {базовые) цифровые схемына биполярных транзисторахПростейшим схемным элементом цифровых интегральныхсхем является транзисторный ключ.
Основные свойства ключей на БТ, их переходные и импульсные параметры были рассмотрены в гл.·4. Теперь будут рассматриваться более сложные·схемы, нагрузочные параметры транзисторных ключей и другие виды базовых цифровых схем. Отдельные ключи используются в основном в аналоговых схемах. Для цифровых схемхарактерна совместная работа нескольких ключей.
В реальныхис часто ОДИН источник <Sв) входного базового напряжения Ивуправляет несколькими ключами, у которых участки база-эмиттер оказываются включенными параллельно. Для схемыдвух параллельно включенных ключей (рис.I в = I в~9.2)общий ток+ I в 2 делится между базами пополам, если I в~ = I в 2 • Принеидентичности ключей их базовые токи могут сильно отличаться.Анализ на основе модели Молла-Эберса (см. гл.4)показывает, что входное напряжение ключа является функцией токаколлектораI к•инверсного ко-эффициента передачи тока ~1'теплового токаI ко·Параметры ~ 1 и Iк, 0 в ИС имеют разброс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
