1. Основные направления развития современной схемотехники.

Вся современная схемотехника разделяется на две области: аналоговую и цифровую. Аналоговая схемотехника характеризуется максимальным быстродействием, малым потреблением энергии и малой стабильностью параметров. Цифровая схемотехника обладает прекрасной повторяемостью параметров. Это привело к её развитию в последние годы.

Н аиболее быстрые из цифровых микросхем обладают скоростью переключения порядка 3..5 нс, а внутри кристалла микросхемы, где нет больших ёмкостей нагрузки, время переключения измеряется пикосекундами. Таким быстродействием обладают программируемые логические интегральные схемы и заказные БИС (большие интегральные схемы). В этих микросхемах алгоритм решаемой задачи заключён в их принципиальной схеме.

Часто для решаемой задачи не требуется такого быстродействия, каким обладают современные цифровые микросхемы. Однако за быстродействие приходится платить:

• Быстродействующие микросхемы потребляют значительный ток.

• Для решения задачи приходится использовать много микросхем, это выливается в стоимость и габариты устройства.

Первую задачу решает применение технологии КМОП (комплементарная структура металл-оксид-полупроводник) цифровых микросхем. Потребляемый ими ток зависит от скорости переключения логических вентилей. Именно поэтому в настоящее время подавляющее большинство микросхем выпускается именно по этой технологии.

Вторую задачу решают несколькими способами. Для жёсткой логики – это разработка специализированных БИС (ASIC) – позволяет уменьшить габариты устройства, но стоимость его снижается только при крупносерийном производстве (микросхемы, выпускаемые для сотовых телефонов, стиральных машин, телевизоров и т.п.).

Ещё одним решением – применение ПЛИС. Это направление активно развивается в настоящее время. Это следующие виды цифровых микросхем: программируемые логические матрицы (ПЛМ); программируемые логические устройства, ПЛУ (PLD); сложные программируемые логические устройства (CPLD); постоянные запоминающие устройства (ПЗУ); программируемые пользователем вентильные матрицы (FPGA).

Третий способ решения поставленной задачи заключается в том, что можно заставить одно очень быстродействующее устройство последовательно решать различные задачи, изменяя свою структуру во времени. Это микропроцессоры. В микропроцессорах возможен обмен предельного быстродействия на сложность реализуемого устройства. Именно по этой причине стараются максимально увеличить быстродействие микропроцессоров - это позволяет реализовывать все более сложные устройства в одном и том же объеме. В одном процессоре можно реализовать несколько устройств одновременно.

2. Операционные усилители (оу). Разновидности.

1 , 2 – дифференциальные входы; 3, 4 – питание; 5, 6 – дифференциальные выходы.

С помощью ОУ выполняют: - масштабные преобразования сигналов; - буферизация (буферный усилитель – большое входное сопротивление и малое выходное сопротивление); - для согласования входа усилителя с другими устройствами; - работа с датчиками: АЦП времени (частота, период), АЦП напряжения, АЦП сопротивления (мосты), АЦП индуктивности;

-высокочувствительныевходыизмерительных устройств автоматического управления и регулировки (входные цепи);

- преобразование рода величин (C, L, R, Δt, T, f) легко кодируются в постоянный ток или напряжение;

- ОУ неотъемлемая часть АЦП и ЦАП.

По типу элементной базы: На полевых транзисторах, На биполярных транзисторах, На электронных лампах (устарели)

Разновидности ОУ.

1. Прецизионные ОУ. Классифицируются по Uсмещ:

а) precision (Uсмещ < 1 мВ); б) high precision (Uсмещ < 100 мкВ); в) ultrahigh precision (Uсмещ < 10 мкВ); г) chopper – усилители с прерыванием сигнала (Uсмещ < 5 мкВ), модуляция/демодуляция, дрейф нуля – 0,04-0,01 мкВ на С, имеют маленькие входные токи.

2. Мощность ОУ определяется током потребления. Чем меньше потребляемая мощность, тем меньше быстродействие (меньше скорость нарастания сигнала):

а) low power (Iпотр < 1 мА); б) micro power (Iпотр < 1 мА).

3. По шумам по напряжению:

а) low voltage noise ( ); б) ultralow noise ( ); в) low current noise ( ), полоса частот 1000 Гц.

4. По максимальной скорости изменения сигнала:

а) high speed – высокоскоростные (SR > 100 В/мкс); б) faster high speed (SR > 1000 В/мкс).

5. По величине входного тока (тока смещения):

а) low IBIAS, ток смещения меньше 100 пА.

6. Single supply – усилители с одним источником питания.

7. Rail-to-rail (использования всего диапазона напряжения):

а) по входу; б) по выходу; в) по входу-выходу.

8. PGA (programming gain amplifiers) – усилители с программируемым коэффициентом усиления.

9. По назначению:

а) general propose – усилители общего назначения; б) audio amplifiers – аудиоусилители; в) video amplifiers – видеоусилители; г) instrumental – инструментальные усилители и т.д.