- •Основи електроніки навчальний посібник на базі програми схемотехнічного моделювання «multisim»
- •2.12. Поточний самоконтроль 83
- •2.10.1. Тестові контрольні запитання 83
- •3.7 Поточний самоконтроль 117
- •4.13. Поточний самоконтроль 166
- •5.10. Поточний самоконтроль 195
- •6.7. Поточний самоконтроль 230
- •7.5. Поточний самоконтроль 264
- •Передмова
- •Частина 1. Базові визначення, параметри та характеристики Розділ 1. Електричні інформаційні сигнали та типові системи їх обробки.
- •1.1. Узагальнена структура інформаційних систем
- •1.2 Компоненти радіоелектронної апаратури
- •1.2.1 Класифікація
- •1.2.2. Пасивні компоненти
- •1.2.3. Активні компоненти – електронні прилади
- •1.3. Типові процеси обробки еіс
- •1.4 Аналіз електронних пристроїв за постійним струмом, в частотній та часовій областях
- •1.5 Відносні та логарифмічні коефіцієнти підсилення
- •1.6.1 Класифікація
- •1.6.2 Подільники напруги
- •1.6.3. Генератори напруги та струму
- •1.6.5. Дослідження диференціюючих rc-схем
- •1.6.6. Дослідження інтегруючих rc-схем
- •1.7. Типові електронні інформаційні системи
- •1.7.1. Електроніка та радіотехніка
- •1.7.2. Вимірювальна система
- •1.7.3. Аналогові та цифрові системи
- •1.8.1. Основні постулати радіоелектроніки
- •1.8.2. Наноелектроніка
- •1.9. Поточний самоконтроль
- •1.9.1. Завдання для дослідження схем в ms
- •1.9.2. Тестові контрольні запитання
- •Частина іі. Активні компоненти реа Розділ 2. Електронно-дірковий перехід – напівпровідникова базова структура твердотілих компонентів реа
- •2.1. Класифікація речовин за провідністю
- •2.2. Дрейфовий та дифузійний струми власних напівпровідників
- •2.3 Домішкові напівпровідники
- •2.4. Визначення та класифікація електричних переходів
- •2.5. Електронно-дірковий перехід в стані рівноваги
- •2.6. Пряме та зворотне вмикання едп
- •2.7. Вольт-амперна характеристика ідеалізованого едп
- •2.8. Ємнісні властивості p-n переходу
- •2.9. Пробій p-n переходу
- •2.10. Перехід метал-напівпровідник
- •2.11. Особливості р-n переходів та їх використання для побудови різноманітних компонентів електронної апаратури
- •2.12. Поточний самоконтроль
- •2.10.1. Тестові контрольні запитання
- •Розділ 3. Напівпровідникові діоди та їх використання
- •3.1. Визначення, структура та класифікація
- •3.2. Вольт-амперна характеристика
- •3.3. Параметри нд
- •3.4. Модель та частотні властивості нд
- •3.5. Основні види пробою нд
- •3.6.Типові функціональні пристрої
- •3.6.1. Випрямлячі
- •3.6.3. Імпульсні діоди
- •3.6.4. Напівпровідникові стабілітрони. Параметричні стабілізатори напруги
- •3.6.5. Обмежувачі амплітуди
- •3.6.6. Варикапи та їх використання
- •3.6.7. Діоди Шотткі
- •3.7 Поточний самоконтроль
- •3.7.2 Контрольні запитання
- •Розділ 4. Біполярні транзистори
- •4.1. Структури, режими та схеми вмикання
- •4.2.Фізичні процеси в бт
- •Повний струм колектора
- •4.3. Статичні характеристики бт
- •4.3.1. Статичні характеристики бт із се
- •4.3.2. Статичні характеристики бт із сб
- •4.4. Температурний дрейф характеристик бт
- •4.5. Підсилення за допомогою бт
- •4.6. Графоаналітичний метод аналізу та розрахунку транзисторних схем
- •Коефіцієнт підсилення за струмом:
- •4.7. Динамічні властивості біполярних транзисторів
- •4.8. Ключовий режим бт
- •4.9. Порівняльний аналіз трьох схем вмикання бт
- •4.10. Власні шуми та шумові параметри транзисторів
- •4.11. Температурний режим та пробій бт
- •4.12. Основні типи біполярних транзисторів
- •4.13. Поточний самоконтроль
- •5. Польові транзистори
- •5.1. Типи польових транзисторів
- •5.2. Польовий транзистор з керувальним p-n‑переходом
- •5.4. Польові транзистори з ізольованими затворами
- •5.6. Ключовий режим мдн-транзистора
- •5.7. Температурні залежності та шуми польових транзисторів
- •5.8. Класифікація та особливості використання польових транзисторів
- •5.9. Порівняння польових та біполярних транзисторів
- •5.10. Поточний самоконтроль
- •5.10.2.Контрольні запитання
- •Розділ 6. Інтегральні мікросхеми
- •6.1. Особливості імс як активних компонентів
- •6.2. Класифікація інтегральних мікросхем
- •6.3.Аналогові інтегральні мікросхеми
- •6.3.1. Основні типи аіс
- •6.3.2. Схеми стабілізації режиму роботи каскаду підсилення.
- •6.3.3. Схеми зсуву рівнів напруг
- •6.4.Однокаскадні багатоцільові підсилювачі
- •6.5.Диференціальні підсилювачі
- •6.6. Операційні підсилювачі
- •6.6.1. Особливості оп
- •Р ис. 6.8. Принципова схема оп
- •6. 6. 2. Інвертувальна схема вмикання оп
- •Напругу на виході визначають напругою на конденсаторі:
- •6.6.4. Імпульсний режим оп
- •6.7. Поточний самоконтроль
- •6.7.2. Контрольні запитання
- •Розділ 7. Оптоелектронні напівпровідникові прилади
- •7.1. Особливості оптоелектроніки
- •7.2. Джерела оптичного випромінювання
- •7.2.1.Люмінесценція
- •7.2.2. Електролюмінесцентні індикатори
- •7.2.3. Випромінювальні діоди
- •7.3. Фотоелектричні напівпровідникові приймачі випромінювання
- •7.3.1. Внутрішній фотоефект
- •7.3.3. Фотодіоди
- •7.3.4. Фототранзистори
- •7.4. Оптрони та оптоелектронні імс
- •7.5. Поточний самоконтроль
- •7.5.1. Завдання для моделювання та дослідження схем в середовищі ms
- •Дослідити формування вихідних сигналів при надходженні інформаційних сигналів від двох джерел.
- •7.5.2.Контрольні запитання
- •Частина ш. Функціональні пристрої реа
- •8.1. Визначення, структурні схеми та класифікація підсилювачів
- •8.2. Основні характеристики та параметри еп
- •Для багато каскадного підсилювача
- •8.3. Підсилювачі з резистивно-ємнісним зв`язком
- •8.3.1. Особливості підсилювачів з резистивно-ємнісним зв`язком
- •8.3.2. Дослідження в частотній області.
6.6. Операційні підсилювачі
6.6.1. Особливості оп
Основне призначення ОП – побудова за допомогою зовнішніх навісних елементів схем із фіксованим коефіцієнтом підсилення і точно синтезованою передавальною функцією. Їх використовують для побудови широкої гами різновидів пристроїв. Стандартний підсилювач загального призначення може використовуватись приблизно в 100…150 схемах вмикання.
Схемотехніка ОП була відома ще до появи лінійних ІМС. У класичній електроніці до класу ОП відносили багатокаскадні підсилювачі постійного струму зі зворотним зв’язком. Їх використовували в аналоговій обчислювальній техніці для виконання операцій алгебраїчного додавання, віднімання, множення, ділення, диференціювання, логарифмування тощо. Це і зумовило їхню назву - операційні (розв’язувальні) підсилювачі.
В інтегральній схемотехніці ОП - це підсилювач постійного струму, який характеризується великим вхідним, низьким вихідним опорами і дуже високим коефіцієнтом підсилення за напругою. Якщо уявити ОП ідеальною моделлю, то він повинен мати такі властивості: RВХ , RВИХ 0 і GU . Успіхи планарної технології зумовили появу серійних партій ОП у вигляді інтегральної мікросхеми, що дозволило значно удосконалити їхні технічні й експлуатаційні показники. Такі ОП тепер використовуються не лише для виконання математичних операцій, а й для підсилення, перетворення, формування і обробки електричних сигналів.
Зазвичай ОП складаєтся з трьох каскадів: вхідного, побудованого, як правило, за схемою диференціального підсилювача, проміжного підсилювача напруги та вихідного каскаду, побудованого за схемою із СК з додатковими елементами для покращання параметрів ОП.
Принцип побудови та функціювання складових елементів ОП розглянемо на прикладі найпростішої схеми, яка використовувалась в перших зразках інтегральних ОП. Зокрема на прикладі інтегральної мікросхеми 140УД1 (А, Б) – напівпровідникової ІМС серії 140. Принципова схема ОП показана на рис. 6.8.
Як вхідний каскад використовується один з видів диференціального підсилювача на транзисторах VT1 та VT2 з джерелом стабільного струму на транзисторі VT3 і колом температурної стабілізації на транзисторі VT6 в діодному ввімкненні (струмовим дзеркалом). Така стабалазація розглядалась в розділі 6. 3. 2.
Р ис. 6.8. Принципова схема оп
Другий (проміжний) каскад ОП виконаний на транзисторах VT4 та VT5 також за схемою диференціального підсилювача, але з несиметрисним виходом. Він виконує дві функції: підсилення напруги та перетворення двофазного сигналу, що формується на колекторах транзисторів VT1 та VT2 в однофазний, що формується на колекторі транзистора VT5.
Струм другого каскаду не фіксується джерелом стабільного струму в колі емітерів транзисторів, оскільки на його входи поступає вже підсилений інформаційний сигнал, в якому синфазна складова практично відсутня (заглушається першим каскадом). Це дозволяє реалізувати в другому каскаді режим роботи з міліамперними струмами, що забезпечує підсилення напруги з коефіцієнтом порядку кількох сотень.
При використанні диференціальних підсилювачів максимальний коефіцієнт підсилення за напругою одержують при підключенні навантаження до симетричного виходу. Операційні підсилювачі мають однофазний вихід. Щоб забезпечити перехід від симетричного виходу до несиметричного без втрати коефіцієнта підсилення за напругою транзистор VT4 вмикають за схемою із СК. Розглянемо як відбувається передача сигналів.
Припустимо, що на симетричні входи ОП подається імпульсний сигнал, на вході 10 напруга збільшується, на вході 9 – зменшується. На рис.6.8 це зображається позитивним та негативним імпульсами. У результаті на колекторах транзисторів VT1 та VT4 сформуються інвертовані імпульси. З колектора транзистора VT2 імпульс позитивної полярності подається на базу транзистора VT4, ввімкнутого за схемою із СК (емітерний повторювач). На об’єднаних емітерах транзисторів VT4 та VT5 формується позитивний імпульс. Потенціал емітера транзистора VT5 зростає, а напруга UBE цього транзистора зменшується, він закривається, струм колектора зменшується, зумовлюючи підвищення напруги на колекторі (UC = EC – ICRC). Одночасно негативний імпульс з колектора транзистора VT1 подається на базу транзистора VT5, що також спричиняє зменшення колекторного струму. Таким чином, на колекторі транзистора VT5 формується однофазний сигнал, амплітуда якого пропорційна обом сигналам симетричного виходу першого каскаду.
Вихідний каскад ОП, виконаний на транзисторах VT7...VT9, є однотактним підсилювачем, що працює в режимі підсилення А. Транзистор VT8, увімкнений за схемою емітерного повторювача, забезпечує зсув рівня напруг. За відсутності вхідних сигналів і використанні двох джерел живлення напруга на виході (на емітері транзистора VT9) повинна дорівнювати нулю, а на базі – близько 0,4…0,8В. Напруга на колекторі транзистора VT5 значно перевищує цю величину (може досягати +EC). Повторювач на транзисторі VT8 узгоджує проміжний та вихідний каскади за рівнем постійної напруги. Зарядна ємність діода VD1 діє як прискорювальний конденсатор, зменшуючи спотворення різких перепадів сигналу.
Транзистор VT7 виконує дві функції: є генератором стабільного струму в схемі зсуву постійного рівня напруги, забезпечуючи необхідний спад напруги на резисторі в колі емітера транзистора VT8; вмикається в коло позитивного зворотного зв’язку вихідного каскаду – емітерного повторювача на транзисторі VT9. Це дозволяє підвищити вхідний опір всього вихідного каскаду, зменшити вихідний опір та підвищити коефіцієнт підсилення до 5. Підсилювач 140УД1 забезпечує коефіцієнт підсилення за напругою в декілька тисяч в діапазоні частот до 5 МГц.
Таким чином, позитивний імпульс, що формується на колекторі транзистора VT5, підсилюється і без зміни полярності виділяється на виході 5. Сигнал такої полярності подавався на вхід 10, тому цей вхід називають неінвертувальним. На вхід 9 подавали сигнал протилежної полярності (відносно сигналу, одержаного на виході 5), тому цей вхід називають інвертувальним. На умовному графічному позначення ОП такий вхід позначають кільцем.
Залежно від схеми вмикання ОП до джерела інформаційних сигналів розрізняють: диференціальне, інвертувальне і неінвертувальне вмикання ОП. Диференціальне вмикання розглядалось в розділі 6.4 при аналізі диференціального підсилювача. Розглянемо особливості інвертувальної та неінвертувальної схем вмикання.
Для спрощення розрахунків і аналізу схем користуються згаданою вище ідеальною моделью. Оскільки Rвх = ∞ вихідний струм ОП Iвх = 0. Через нескінченно великого внутрішнього коефіцієнта підсилення і вихідного опору, що дорівнює нулю, максимальна амплітуда вихідного сигналу, яка не може перевищувати напругу джерела живлення (як і в звичайних підсилювачах), досягається при вхідній напрузі майже дорівнює нулю адже GU = ∞). Все це відповідає принципу віртуального замикання вхідних зажимів ОП (рис.6.9). При віртуальному замиканні, як і при звичайному замиканні, напруга між замкненими затискачами дорівнює нулю. Але в даному випадку струм між віртуально замкненими затискачами не протікає, тобто для струму віртуальне замикання еквівалентне розриву кола. З урахуванням цього проведемо аналіз згаданих вище схем вмикання ОП.