8.2 Сурет - ad846 операциялық күшейткіші

A (K_u) = 500000-(ОС жоқ) кернеу бойынша күшейту коэффициенті;RI (R_вх) = 10 кОм- кіріс кедергісі; RО (R_вых) = 16 Ом-шығыс кедергісі;VSW (U_вых.max) = ±10 В-қоректендіру кернеуі U_п≥ ±15 В болғанда мах шығыс кернеу;Vos (U_см) = 0,25 мкВ- кернеу;Ibs (I_вх) = 1,5•10^-7 А- кіріс тоқ;Ios (I₁₂) = 2,5•10^-11 А-кіріс тоқтар айырмасы;SR(+) (v) = 0,45 В/нс-шығыс кернеуде артуынан жылдамдықтың арту мәні;fu (f1) =80 МГц-бірлік күшейту жылдамдығы, fр2 (f2) = 1•1012 Гц- екілік күшейту жылдамдығы,СС (Ск) = 0,15 пФ- түзеткіш конденсатор сыйымдылығы.

Операциялық күшейткіш үшін үлкен тоқ мәні керек, осының есебінде күшейту коэффициентінің мәні үлкен болады, шығыс кернеуінің өсу мәні жоғарлай береді.Сол себепті тез әрекет ететін интегратор есебінде қолдануға болады.

Операциялық күшейткішті инверттейтін күшейткіш ретінде қолданғанда (8.3 сурет) кіріс кернеуі R1 резисторы арқылы беріледі. R₁=10 кОм болғанда R_вх=R₁=10 кОм, R_ос резисторы көмегімен R_ос=500 кОм кернеу бойынша теріс параллельді байланыс орнатылады.Күшейту коэффициенті кернеу бойынша

K_и≈ R_ос/ R₁ = 500 /10 = 50.

Операциялық күшейткіштің кірісінде резистор кедергісімен қосылады.

8.3 Сурет - Инверттейтін күшейткіш

ОК кірісіндегі инверттеуші кедергі мәнін азайту үшін резистор кедергісімен қосылады:

R₂=R₁R_ос=( R1+Rос) =10⁴*5*10⁵/(10⁴+5*10⁵)=9,8 кОм.ОК-терде үлкен коэффициент болса, Кu= 500000 модульденген сұлбаның шығыс кедергісінің мәні нөлге жақын болады.

R_{вых ос}= R_вых(1+ R _ос/ R₁)/Кu=16*(1+5*10⁵/10⁴)/ 5*10⁵=15*10^-4Ом.

ОК жүктемеде кедергі мәні 2 кОм кіші болмау керек.Сол үшін R₃=2 кОм таңдаймыз.А, В және С қосқыштарын кезекпен қосамыз.Кернеудің Е1,Е2 және Е3 біреуін инверттеуші ОК сұлбаның кірісіне қосамыз.Максимальды жылдамдықтың v_max өсуі (кіріс кернеуінде u_вх>0,1 В) шығыс кернеуі :

v_max=Δu_вых/Δ t=2,7/164*10^-9=0,0165 В/нс<0,45 нс;

орнату уақыты t _уст , бөлу уақыты t _уст=t_0,9u-t_0,1u=0,9 мкс,осы уақыт аралығында кернеу мәні 0,1 мен 0,9 аралығында өсіп тұрады: U_вых=10В.Бұл параметрлер кіріс кернеудің осциллограф арқылы алынады.U_выхкүшейткіш кірісіне баспалдақты кернеуді беру арқылы алынған U_вх=-0,2 мВ Е2 көзі.

Синусойдалы кернеудің күшейту коэффициенті К_u=-U_m.вых/U_m.вх=-69,4*10^-3/1,41*10^-3=50,кірісіне U_вх=1 мВ жиілігі f=1 кГц;

8.4 Сурет - Кіріс кернеудің осциллограф нәтижесі

8.5 Сурет – Осциллограф параметрін өзгерту

Жоғарғы бөлігінде өткізу жиілігі f_в=504 кГц ,К_а/1,41=50/1,41=36 және жиілігі f_т=26 МГц (8.6 сурет) К_u=1 ХВР1плоттер көмегімен алынады.

8.6 Сурет - хвр1плоттер нәтижесі

Оның көмегімен интегратор құруға болады (кілт кодтары 001, кілттері А, В және С) егер жабық болса 0 ,ал ашық болса-1.Дифференциатор (код кілті 110) және таңдаулы күшейткіш (код кілті 100).Сұлбаның компонент параметрлері кіріс сигналдың интеграция және дифференциясы есебінен алынады.Кіріс сигналдың импульсі t_u=50 мкс,кіріс тоқтардың әсерін азайту үшін және С_ос конденсаторға параллель R₃ резисторын жалғаймыз. R₃=1 МОм,ал R₄=10кОм.

8.7 Сурет - Интегратор

Дифференциатор кірісінің импульс ұзақтығы t_д=2,5 мс.С1 конденсаторы мен R1 резисторы қосылған R₁=10 кОм .Кіріс сигналдың көзі функциональды генератор XFG1. Сигнал төртбұрышты, үшбұрышты және синусойдалы формада.Генератор терезесінде амплитуда (Amplitude), жиілігін (Frequency) және период арасындағы импульс құлауын (Duty Cycle) (төртбұрышты және үшбұрышты формада) сигналды тігінен (Offset) нөлдік деңгейден қарай өзгертуге болады (8.9 сурет).

Электронды құрылғыларды (8.10 сурет) зерттеу үшін XFG1 диалогты терезесінде кіріс сигналдың келесі параметрлері берілген: u_вх=0,5 В,сигнал жиілігі f=200 Гц, тігінен 0,5 В.Кіріс сигналды модельдеу үшін (кілт коды 001) u_вх төртбұрышты формадағы сигнал беріледі.

U_вых=U_вхt_и/R₁C_ос=-1*5*10^-5/(10⁴*10^-9)=-5 В.

8.8 сурет – Генератор функциясы

8.9 сурет – Үшбұрышты сигнал

8.10 сурет – Осциллограф нәтижесі

Модельдеу кезінде кернеу мәні 4,886 В.Шығыс сигналдың u _выхжұмыс істеу режимі 180⁰ өзгерген.Импульс ұзақтығы кішірейген кезде модельдеудің ақауы кіші болады.Интегратор кірісіне R₁=10 кОм,R₃=10МОм, C_ос=5 нФ кернеу амплитудасы U_вх=10 мВ.ΔU_вых=1 В шығыс сигналының есептеу мәні, ΔU_вых=2В шығыс кернеуі .

8.11 сурет – Генератор функциясы

Идеалды дифференциатордың шығыс сигналы:

U_вых =- R_осC₁ΔU_вх/Δt_и=-5*10^-5*10^-9*1/5*10^-4=-1 В.

Шығыс кернеуі U_вых=-0985 В.Максимальды күшейту коэффициентіне ие.

K _ос.мах=R_ос C₁/(R₁(C₁+C_ос))=5*10⁵*10^-9/(10⁴*(10^-9+10^-9))=25

Модельдеу нәтижесі XBP1 плоттер арқылы алынған нәтиже (8.12 сурет) К_а және f₀ мәніне жақын.

8.12 сурет - Модельдеу нәтижесі

Бақылау сұрақтары:

1.MS программалық ортасында қандай операциялық күшейткіштер бар?

2.Операциялық күшейткіш дегеніміз не?

3.Операциялық күшейткіштің АЖС қалай аламыз?

4.Кіріс сигналдың көзі дегеніміз не?

5.Кіріс сигналдың дифференциалдануы дегеніміз не?

№9 Зертханалық жұмыс

Аналогты компаратор

Жұмыстың мақсаты:Компаратор өлшнетін құрылғының кірісіндегі U_вх кернеуі мен U_оп кернеуін салыстыру.

Тапсырмалар: U_вх және U_оп, қоректендіру кернеуімен ± U_п, берілген параметрлер бойынша U_оп,U_m,f шығысындағы кернеуді табу.

Қажетті құрал жабдықтар

XFG1функциональды генератор

Операциялық күшейткіш

R1 резистор

Төртарналы XSC1 осциллограф

Е1 қорек көзі

Теориялық бөлім

Компаратордың функционалдық қызметі кіріс кернеудің қандай да бір шекті мәнінен өту кезіндегі шығысындағы күйін өзгерту болып табылады. Компаратор ретінде ОК (операциялық күшейткіш) қолданылады. Осы жағдайда ОК шекара маңында ғана күшейткіш тәртібінің осы жағдайда ОК шығыс кернеудің оң және теріс шектеуіндегі аймақта озық жұмыс істейді , бұл кезде ол күшейту тәртібінің аймағына өту кезінде шек маңында болады. Бұл бөлімде компараторлардың операциялық күшейткіштің негізгі құрылымы зерттеледі 9.1 суретте нөлге жақын шекті кернеуі бар нөлдік детекторлардың сипаттамаларның түрлері және схемалары көрсетілген . Сұлбалар ОК кірісіне кіріс сигналын беру әдісімен ерекшеленеді. ОК кірісіне кіріс сигналын беру әдісімен ерекшеленеді . ОК- ның әр түрлі кіріс сигналын беру үшін қолдану , компаратор шығысындағы кернеудің оң және теріс түсуінен кіріс кернеудің деңгейін анықтауға мүмкіндігін береді.

9.1 сурет – Компаратор

Суреттеде “кіріс-шығыс” сипаттамаларның түрі келтірілген . вертикал осі бойынша кіріс кернеуі алынады.Сипаттамалардың көлбеу болуы шығыс кернеуінің өсу жылдамдығының шекті болуымен байланысты. Компараторлармен жұмыс істеу кезінде кемшіліктер болуы мүмкін , ол кемшіліктер кіріс кернеуі шекті мәнге жеткен кезде шығыс кернеудің біртекті өзгеруінің орнына шығыс кернеудің деңгейлер арасында жылдам тербелістер болуы мүмкін , әсіресе егерде кіріс сигналда шуыл болса, кейбір схемаларда дұрыс істелуі тоқтатылады немесе бұзылады. Егер компараторлар сипаттамасы гистерезис түрінде болса, онда ешқандай кемшілік болмайды. Осындай түрдегі сұлбалардың бірі Шмидт триггері болып саналады. Шекті кернеуі бірдей болатын идеалды ОК үшін шекті кіріс кернеудің оң мәні мына формуламен есептеледі.

Оның теріс мәні =-

Жұмыстың барысы:

Компаратор өлшенетін құрылғы кірісінің U_вх кернеуі мен U_оп кернеуін салыстыру үшін арналған.Екі қадамды қарапайым аналогты компаратор ООС операциялық күшейткіште жинақталады (9.3 сурет) немесе тарату коэффициенті β≤1/K_оу болатын оң кері байланыс негізінде құрылады. Операциялық күшейткіштің бір кірісіне U_вх<U_к , ал тіреуіш U_опкернеу, теңдік кезінде a,b,c нүктелерінде шығыс кернеуі U_вых секіріс түрінде U_вых+ мәнінен U_вых- қарай немесе керісінше түрде өзгереді (9.3 сурет).Ауыстырып қосу уақыты t_пер бірнеше микро немесе наносекудтты құрайды.