Литература / (тоже супер) физосновы для экз

3. Если Uоп = 0, то

Uср.max = 14 5,1/(5,1 + 100) = 0,68 В;

Uср.min = –13 5,1/(5,1 + 100) = –0,63 В.

Ширина зоны гистерезиса от Uоп не зависит:

Uг = Uср. max – Uср. min = 0,68 – (–0,63) = 1,31 В.

Задача 4.42. Импульсные устройства и генераторы. В неинвертирующем триггере Шмитта

жения. Как и инвертирующий триггер Шмитта, данная схема может находиться в двух состояниях:

а) Uвых = Uнас+ , при этом

Uвх+ = UвхR2 /(R1 + R2 ) + Uнас+ R1 /(R1 + R2 );

б) Uвых = Uнас− , при этом

Uвх+ = UвхR2 /(R1 + R2 ) + Uнас− R1 /(R1 + R2 ).

Схема перебрасывается из одного состояния в другое, когда напряжение на неинвертирующем входе Uвх+ становится равным напряжению на инвертирующем входе Uвх+ = Uоп, т.е. тогда, например,

UвхR2 /(R1 + R2 ) + Uнас+ R1 /(R1 + R2 ) = Uоп

552 Р А З Д Е Л 4

или

UвхR2 /(R1 + R2 ) + Uнас− R1 /(R1 + R2 ) = Uоп,

откуда

Uвх = (R1 + R2 )Uоп / R2 − Uнас+ R1 / R2

или

Uвх = (R1 + R2 )Uоп / R2 − Uнас− R1 / R2.

Отсюда верхний и нижний пороги срабатывания

Uср.max = Uоп (R1 + R2 ) / R2 − Uнас− R1 / R2;

Uср.min = Uоп (R1 + R2 ) / R2 − Uнас+ R1 / R2.

Ширина зоны гистерезиса Uг = Uср. max – Uср. min. 2. Если Uоп = 1 В, то

Uср. max = 1/(100 + 10)/100 – (–14)10/100 = = 1,1 + 1,4 = 2,5 В;

Uср. min = 1 (100 + 10)/100 – 14 10/100 = = 1,1 – 1,4 = – 0,3 В;

Uг = 2,5 – (–0,3) = 2,8 В.

3. Если Uоп = 0, то

Uср.max = −Uнас− R1 / R2 = 14 10 /100 = 1,4 В;

Uср.min = −Uнас+ R1 / R2 = −14 10 /100 = −1,4 В.

Ширина зоны гистерезиса от Uоп не зависит:

Uг = 1,4 – (–1,4) = 2,8 В.

Задача 4.43. Импульсные устройства и генераторы. В схеме мостового генератора Вина (рис. 4.115) R1 = 6,8 КОм; R2 = 10 КОм; R3 = 10 КОм; R′ = R″ = R = 10 КОм; C′ = C″ = 0,1 мкФ. Напряжение стабилизации на паре стабилитронов D1 и D2

Uст = ±4,2 В. Чему равны частота и амплитуда колебаний?

Р е ш е н и е.

1. Общие соображения. Частота колебаний генератора определяется параметрами моста Вина, включенного в цепь положительной обратной связи:

f0 = 1/ (2π R′R′′C′C′′ ).

Врассматривае-

мом случае f0 = 1/ (2πRC). На этой частоте коэффициент положительной обратной

связи χ = 1/3 и фазовый сдвиг, вносимый цепью этой связи, равен нулю. Поэтому для возникновения колебаний необходим неинвертирующий усилитель с коэффициентом усиления K = 1/χ = 3. Для того чтобы генерация возникла и не сорвалась, этот коэффициент должен несколько превышать 3, при этом, однако, в отсутствие стабилитронов D1 и D2 (рис. 4.115) амплитуда выходного напряжения будет нарастать вплоть до Uвых m = Uнас (см. рис. 4.116), где Uнас ≈ 14 В. В установившемся режиме форма выходного напряжения будет отличаться от синусоиды; появятся горизонтальные участки, где Uвых = ±Uнас, при этом указанные участки будут тем шире, чем больше коэффициент усиления превышает 3. В пределе при высоком коэффициенте усиления кривая будет иметь трапециидальную форму, приближающуюся к прямоугольной.

Включение стабилитронов D1 и D2 в цепь отрицательной обратной связи (рис. 4.115) делает последнюю нелинейной, что позволяет ограничить амплитуду на требуемом уровне. При малых значениях напряжения Uвых напряжение на диодах Uд меньше напряжения стабилизации Uст

а

б

Рис. 4.116

Графики выходных напряжений мостового генератора Вина

(рис. 4.116б), сопротивление R3 не зашунтировано диодами. Сопротивления R1 – R3 выбираются так, чтобы коэффициент усиления в этом случае K = 1 + (R2 + R3)/R1 был больше 3, вследствие чего амплитуды выходного напряжения и пропорционального ему напряжения на диодах Uд возрастают. При достижении напряжением Uд амплитудного значения, равного напряжению стабилизации Uст, и соответствующего ему амплитудного значения Uвых тот или иной диод открывается, и пара стабилитронов шунтирует сопротивление R3. Вследствие этого коэффициент усиления становится равным K = 1 + R2/R1 3 и напряжение Uвых начинает уменьшаться (по модулю), коэффициент усиления снова становится больше 3, и выходное напряжение вновь будет изменяться, но уже в противоположном направлении, возрастая (по умолчанию) до амплитудного значения другого знака. Как

видим, включение стабилитрона предотвратит насыщение. Таким образом, колебания установятся с амплитудой

Uвых m = Uст(R1 + R2 + R3)/R3,

что следует из закона Ома.

2. При расчете схемы в первую очередь проверим, что колебания в ней возникнут. Для этого убедимся, что коэффициент усиления до включения стабилитрона больше 3, а после включения меньше 3.

До включения стабилитрона

K = 1 + (R2 + R3)/R1 = 1 + (10 + 10)/6,8 = 1 + 3 = 4 3.

После включения стабилитрона

K = 1 + R2/R1 = 1 + 10/6,8 = 1 + 1,47 ≈ 2,5 3.

Таким образом, в приведенной схеме возникнут колебания.

3. Частота колебаний

f0 = 1/(2πRC) = 1/(2π 10 103 0,1 10–6) = 160 Гц.

4. Амплитуда колебаний

Uвых m = Uст(R1 + R2 + R3)/R3 = 4(6,8 + 10 + 10)/10 = = 4 2,68 ≈ 10,8 В.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Для чего предназначен операционный усилитель?

2.Какова структура ОУ и каким требованиям к электрическим параметрам он должен удовлетворять?

3.Какова область применения ОУ?

4.Нарисуйте условное графическое изображение ОУ и дайте характеристику выводов его аналоговой ИС.

5.Нарисуйте типичную схему на ОУ — схему инвертирующего усилителя.

6.Нарисуйте упрощенные графические обозначение ОУ и типичной схемы на ОУ.

7.Нарисуйте зарубежное условное графическое обозначение ОУ.

8.Приведите обозначение и название напряжений на выводах ОУ.

9.Определите понятия синфазного и дифференциального входного сигнала.

10.Запишите выражение связи выходного и входного напряжений ОУ.

11.Каков порядок значений собственного коэффициента усиления ОУ по напряжению и напряжения питания.

12.Чем вызвана многокаскадность ОУ?

13.Нарисуйте функциональную схему трехкаскадного ОУ и дайте характеристику каждого из каскадов.

14.Запишите выражение для коэффициента усиления по напряжению ОУ и его типовые значения.

15.Дайте понятие входного напряжения смещения (напряжение сдвига нуля) и его типовые значения.

16.Дайте понятие входного тока (тока смещения) и его типовые значения.

17.Дайте понятие тока сдвига (разности входных токов) и его типовые значения.

18.Дайте понятие дифференциального и синфазного входного сопротивлений и их типовые значения.

19.Дайте понятие выходного сопротивления и его типовые значения.

20.Дайте понятие коэффициента подавления синфазного сигнала и его типовые значения.

21.Дайте понятие максимальной скорости изменения выходного напряжения и его типовые значения.

22.Дайте понятие частоты единичного усиления и ее типовые значения.

23.Перечислите предельно допустимые значения основных эксплуатационных параметров ОУ.

24.Запишите выражение и нарисуйте график для передаточной характеристики ОУ.

25.Нарисуйте типовую схему включения ОУ.

26.Покажите область усиления на передаточной характеристике ОУ.

27.Дайте понятие режима усиления (линейного ак-

тивного режима), запишите выражение связи в нем выходного и входного напряжений и значения коэффициента усиления по напряжению.

28.Покажите область насыщения на передаточной характеристике ОУ.

29.Дайте понятие режима насыщения ОУ и запишите выражение связи в нем выходного и входного напряжений.

30.Какими двумя группами параметров характеризуются частотные свойства ОУ?

31.Дайте характеристику групп параметров, характеризующих частотные свойства ОУ.

32.Запишите выражение передаточной функции каждого каскада ОУ.

33.Нарисуйте ЛАЧХ трехкаскадного ОУ.

34.Запишите выражение типовой передаточной функции ОУ.

35.Нарисуйте ЛАЧХ и ЛФЧХ ОУ.

36.Нарисуйте эквивалентную схему ОУ.

37.Нарисуйте схему ОУ с синфазным сигналом и типичный график ОУ.

38.Охарактеризуйте влияние синфазного сигнала на выходное напряжение ОУ.

39.Нарисуйте схему ОУ с двумя входными резисторами.

40.Охарактеризуйте влияние входных токов на выходное напряжение ОУ.

41.Охарактеризуйте влияние температуры, напряжения питания и времени (старения) на выходное напряжение.

42.Дайте понятие быстродействующего широкополосного ОУ и приведите его основные параметры.

43.Дайте понятие прецизионного (высокоточного) ОУ и приведите его основные параметры.

44.Дайте понятие ОУ общего применения и приведите его основные параметры.

45.Дайте понятие ОУ с малым входным током и приведите его основные параметры.

46.Дайте понятие многоканальных ОУ и приведите их основные параметры.

47.Дайте понятие мощных и высоковольтных ОУ и приведите их основные параметры.

48.Дайте понятие микромощных ОУ и приведите их основные параметры.

49.Какие входное и выходное сопротивления должен обеспечивать выходной каскад ОУ?

50.Почему выходные каскады ОУ строятся как двухтактные эмиттерные повторители?

51.Какие пары транзисторов называются комплементарными?

52.Нарисуйте схему и дайте принцип работы двухтактного эмиттерного повторителя.

53.Нарисуйте и дайте принцип работы практической схемы двухтактного эмиттерного повторителя.

54.Нарисуйте схему и дайте принцип работы эмиттерного повторителя с защитой от перегрузки выхода ОУ.

55.Нарисуйте варианты схем сдвига уровня на основе эмиттерных повторителей и дайте им характеристику.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1.Щука, А. А. Электроника : учеб. пособие / под ред. проф. А. С. Сигова. — СПб. : БХВ-Петербург, 2005. — 800 с.

2.Степаненко, И. П. Основы микроэлектроники : учеб. пособие для вузов / 2-е изд. — М. : Лаборатория базовых знаний, 2003. — 488 с.

3.Гусев, В. Г. Электроника и микропроцессорная техника : учебник для вузов / В. Г. Гусев, Ю. М. Гусев. — 3-е изд. — М. : Высш. шк., 2004. — 790 с.

4.Миловзоров, О. В. Электроника : учебник для вузов / О. В. Миловзоров, И. Г. Панков. — 2-е изд. — М. : Высш. шк., 2005. — 288 с.

5.Основы промышленной электроники : учебник для вузов / под ред. В. Г. Герасимова. — 2-е изд. — М. : Высш. шк., 1978. — 336 с.

6.Зи, С. Физика полупроводниковых приборов : в 2 кн. — М. : Мир, 1984.

7.Терехов, В. А. Задачник по электронным приборам — 2-е изд. — М. : Энергоатомиздат, 1983.

8.Морозова, И. Г. Физика электронных приборов : учебник для вузов. — М. : Атомиздат, 1980.

9.Головатенко-Абрамова, М. П. Задачи по электронике / М. П. Головатенко-Абрамова, А. М. Лапидес. — М. : Энергоатомиздат, 1992. — 112 с.