2. Перелік тем лабораторних робіт

« АНАЛОГОВІ ЕЛЕКТРОННІ ПРИСТОЇ»

1. Дослідження підсилювальних каскадів на польових та біполярних транзисторах.

2. Дослідження впливу від'ємного зворотного зв'язку на. параметри та характе­ристики аналогових електронних пристроїв.

3. Дослідження диференціального каскаду.

« ПРИСТРОЇ ПИДСИЛЕННЯ СИГНАЛІВ»

4. Дослідження методів корекції амплітудно-частотних та перехідних характе­ристик,

5. Дослідження каскаду кінцевого підсилення.

6. Дослідження підсилювача на основі операційного підсилювача.

7. Дослідження аналогових помножувачів сигналів, логарифмуючих та антилогарифмуючих підсилювачів.

8. Дослідження активних частотних фільтрів.

3. Методичні вказівки до самостійного вивчення теоретичного матеріалу, контрольні запитання Та завдання для самоперевірки по темах курсу

« АНАЛОГОВІ ЕЛЕКТРОННІ ПРИСТОЇ»

1. Вказівки і матеріали для самоконтролю по темі «Вступ»

При вивченні цього розділу необхідно ознайомитись з визначенням аналогових електронних пристроїв, розглянути класифікацію пристроїв по характеру сигналу, смузі підсилюваних частот, типу активних елементів.

2. Вказівки і матеріали для самоконтролю по темі «Показники та характерис­тики аналогових електронних пристроїв»

В цьому розділі необхідно вивчити основні показники (параметри) аналогових електронних пристроїв. Звернути увагу на комплексний характер коефіцієнта підсилення напруги (струму). Вивчити логарифмічні одиниці подання основних показників (децибели). Правила дії над ними та їх переводу.

Вивчити типові форми амплітудно-частотних (АЧХ), фазо-частотних (ФЧХ) і перехідних характеристик (ПХ). Засвоїти методику визначення основних показників пристроїв за їх характеристиками (частотними, фазовими, перехідними). З'ясувати зв'язок між АЧХ, ФЧХ і ПХ. Розглянути типові амплітудні характеристики пристроїв. Розіб­ратися з визначенням коефіцієнта нелінійних спотворень, Засвоїти поняття динаміч­ного діапазону сигналів (пристрою), номінальної вихідної потужності, коефіцієнта корисної дії, вхідного і вихідного опору, власних шумів (наводка, фон, теплові шуми).

При вивченні цього розділу доцільно користуватися літературою [2, 4, 5, 6].

ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОПЕРЕВІРКИ

1. Сформулюйте основні вимоги до сучасних аналогових електронних пристроїв.

2. Поясніть, чому коефіцієнт підсилення напруги (струму) є величина комплекснозначна.

3. Чому для характеристики параметрів використовуються логарифмічні одиниці?

4. Дайте визначення коефіцієнтам частотних та нелінійних спотворень.

5. Які перехідні характеристики розрізнюють і як визначаються перехідні спотворення?

6. З якою метою проводиться оцінка фазових спотворень?

7. Скільки необхідно взяти однакових каскадів, щоб отримати загальний коефі­цієнт підсилення не менше 1200, якщо коефіцієнт підсилення одного окремого каскаду складає 12 дБ?

8. Визначить коефіцієнт частотних спотворень кожного ступеня підсилювача, що складається з 4-х однакових каскадів, якщо спотворення всього підсилювача на ВЧ та НЧ відповідно дорівнюють 3 дБ і 4 дБ.

9. Визначить максимальну потужність на виході підсилювального пристрою, якщо опір навантаження 80 Ом, коефіцієнт підсилення напруги 45 дБ, динамічний діапазон амплітуд сигналів 25 дБ, мінімальна вхідна напруга 1 мВ.

10. Поясніть умови відсутності частотних спотворень.

11. Поясніть умови відсутності нелінійних спотворень,

12. Який вигляд має ідеальна АЧХ, ФЧХ, ПХ?

3. Вказівки і матеріали для самоконтролі) по темі «Зворотний зв'язок та його вплив на показники та характеристики аналогових електронних пристроїв»

Вивчення цього розділу доцільно почати з розгляду типів зворотного зв'язку (внутрішній, паразитний, зовнішній). З'ясувати різницю мів додатним і від'ємним зворотним зв'язком. Основну увагу слід звернути на зовнішні зворотні зв'язки. На­гадуємо, що використовуються чотири види зовнішнього зворотного зв'язку: послідов­ний за струмом (напругою); паралельний за струмом (напругою).

Поняття «послідовний» чи «паралельний» визначається способом введення зворот­ного зв'язку у вхідне коло пристрою відносно джерела сигналу, а поняття «за нап­ругою» чи «за струмом» визначає спосіб отримання сигналу зворотного зв'язку віднос­но навантаження, відповідно паралельно, послідовно.

Необхідно вивчити механізми впливу зворотного зв'язку на основні показники пристрою, коефіцієнти підсилення, вхідний і вихідний опір, частотні властивості, фазові та нелінійні спотворення. Нагадуємо, що послідовний від'ємний зворотний зв'язок зменшує коефіцієнт підсилення напруги пристрою і збільшує його вхідний опір, на величину, пропорційну глибині зворотного зв'язку А=k, де k – наскрізний коефіцієнт підсилення пристрою без зворотного зв'язку,  - коефі­цієнт передачі колом зворотного зв'язку.

Паралельний від'ємний зворотний зв'язок зменшує коефіцієнт підсилення за струмом і збільшує вхідну провідність пристрою. В свою чергу, зворотний зв'язок за напругою зменшує вихідний опір пристрою, а за струмом — збільшує,

Одночасно, всі види від'ємного зворотного зв'язку покращують частотні влас­тивості пристрою, розширюють його смугу пропускання, зменшують фазові та нелінійні спотворення, фон, завади, нестабільність. Зміна цих параметрів відбувається про­порційно глибині зворотного зв'язку.

Необхідно також вивчити особливості частотно залежного і частотно незалежного від'ємного зворотного зв'язку і механізми його впливу на форму АЧХ.

При вивченні цього розділу доцільно використовувати [2-8].

ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОПЕРЕВІРКИ

1. З якою метою застосовується зворотний зв'язок в аналогових електронних пристроях?

2. По таке додатний (від'ємний) зворотний зв'язок?

3. Чому можливий перехід від'ємного зворотного зв'язку у додатній і до чого це призводить?

4. Як впливає зворотний зв'язок на коефіцієнти підсилення пристрою?

5. Як впливає зворотний зв'язок на вхідний (вихідний) опір пристрою?

6. Як впливає від'ємний зворотний зв'язок на лінійні та нелінійні спотво­рення?

7. Довести, що нестабільність пристрою при від'ємному зворотному зв'язку зменшується.

4. Вказівки і матеріали для самоконтролю по темі "Забезпечення і стабілі­зація режиму роботи підсилювального елемента за постійним струмом"

Вивчення цього розділу передбачає засвоєння принципів забезпечення режимів за постійним струмом. Слід приділити увагу як каскадам з уніполярними так і з біполярний транзисторами, послідовно розглянувши схеми живлення затворних (базових) і стокових (колекторних) кіл.

Вивчаючи схеми на уніполярних транзисторах треба мати на увазі, що вони бувають трьох типів: польові (ПТ з керованим p-n-переходом та метал-діелектрик-напівпровідник (МДН) з вбудованим та індукованим каналом. Кожний з цих транзисто­рів може бути як з p-, так і з n-каналом.

Для МДН транзисторів схеми, що забезпечують режими такі самі, як і для інших типів уніполярних транзисторів. При цьому МДН транзистори з вбудованим каналом можуть працювати при від'ємній, додатній або нульовій напрузі на затворі. Тому, коли знак напруги на затворі і стоці протилежний, може використовуватися схема автоматичного зміщення, коли знаки напруг однакові - схема з подільником напру­ги у затворному колі [4].

Вивчаючи схеми на біполярних транзисторах слід звернути рагу на схеми з фіксованим струмом бази, фіксованої напругою на переході база-емітер, колектор­ної стабілізації, емітерної стабілізації, комбінованої стабілізації з генерато­ром стабільного струму [4].

Необхідно також звернути увагу на необхідність стабілізації положення робо­чої точки. Положення робочої точки, що забезпечується колами зміщення, не повинно значно відхилятися від значень, що забезпечують нормальну роботу підсилювального елементу у випадку зміни температури, старіння чи заміни підсилювального елементу. Стабілізація робочої точки може здійснюватись введенням спеціального зворотного зв'язку у схеми каскаду. Випадок паралельного ВЗЗ реалізований в схемі колекторної стабілізації, а випадок послідовної — в схемах емітерної і витокової стабілізації. Щодо вибору положення робочої точки треба звернута увагу на істотну різницю її положення в каскадах з великими та малими рівнями сигналів. Для вихідних каскадів підсилювачів, які працюють з великими сигналами, основною вимогою є досягнення максимальної потужності, що відповідає повному використанню транзистора. Якщо підсилювач працює в режимі малих сигналів, положення робочої точки повинно від­повідати вимогам мінімального рівня власних шумів транзистора.

ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОПЕРЕВІРКИ

1. Дайте пояснення принципів функціонування схем забезпечення зміщення з фіксованим струмом бази, фіксованою напругою на переході база-емітер, колекторної та емітерної стабілізації.

2. Дайте пояснення принципів забезпечення зміщення у схемах на уніполярних транзисторах.

3. Розрахуйте елементи схеми, що забезпечує зміщення у каскаді на біполярному транзисторі, якщо відомо U_бе0 , U_ке0 , I_к0 , h_21е , E (див. додаток 1),

4. Розрахуйте елементи схеми, що забезпечують необхідне положення робочої точки у випадку застосування уніполярних транзисторів, якщо відомі U_зв0 , U_св0 , I_с0 , E (див. додаток 1).

5. Поясніть призначення нелінійної моделі підсилювального елементу.

6. Яким чином здійснюються розрахунки режимів на ЕОМ?

7. Що таке "дрейф нуля" і як він оцінюється.

8. Яке положення робочої точки відповідає вимогам досягнення максимальної потужності та ККД?

9. Яке положення робочої точки відповідає вимогам забезпечення мінімального рівня власних шумів транзистора?

10. Що таке генератор стабільного струму? Що дає його використання в схемах стабілізації положення робочої точки?

11. Проаналізуйте, як змінюється положення робочої точки при зміні парамет­рів елементів схеми каскаду.

5. Вказівки і матеріали для самоконтролі по гемі "Каскади попереднього підсилення"

Призначення каскаду попереднього підсилення є підсилення напруги чи струму до значення, необхідного для роботи каскаду кінцевого підсилення. Електричні режи­ми для таких каскадів і їх елементи вибираються таким чином, щоб отримати від під­силювального каскаду найбільше підсилення при допустимих частотних і перехідних спотвореннях.

Розрахунки каскадів попереднього підсилення внаслідок малої амплітуди сигналу, як правило, виконуються з використанням їх еквівалентних схем без побудови дина­мічних (навантажувальних) характеристик. Нелінійні спотворення в таких каскадах незначні, тому їх як правило не розраховують.

Методи дослідження підсилювачів по еквівалентних схемах зручні при аналізі простих каскадів. Нагадаємо, що в загальному випадку підсилювальний елемент може бути поданий у вигляді еквівалентного генератора струму чи еквівалентного генератора-напруги [4]. Подання підсилювального каскаду у вигляді еквівалентної схеми дозволяє отримати зручні вирази, що використовуються для розрахунків каскадів попереднього підсилення.

В процесі вивчення цього розділу необхідно визначити вплив елементів підси­лювального каскаду на його параметри в частотних областях НЧ, СЧ і ВЧ. З цією метою доцільно подати еквівалентні схеми підсилювального каскаду для кожної з областей, окремо записати вирази для k₀, _в, k_в, M_в, _н, k_н, M_н, _гр. і т.д. [4].

Впровадження інтегральної технології виключає можливість регулювання схем після їх виготовлення, тому зростає необхідність використання ЕОМ для розрахунків основних параметрів і характеристик. Для досягнення цієї мети доцільно викорис­товувати систему діалогового схемотехнічного проектування (MicroCap, Workbench, ДІСП), що призначені для дослідження в режимі діалогу широкого класу лінійних та нелінійних схем [42]. Вона вміщують такі проектуючі підсистеми;

1. "Статика"(DC) — для аналізу статичних характеристик моделей електронних пристроїв та побудови карт режимів ;

2. "Частота"(AC) — для розрахунків частотних характеристик моделей пристроїв , визначення координат екстремальних точок та оптимізації частотних характеристик пристроїв, що розробляються;

3. "Нелінійна динаміка" — для розрахунків перехідних характеристик нелінійних електронних схем;

4. "Лінійна динаміка" — для аналізу перехідних процесів у лінійних та лінеаризованих схем;

5. "Спектр" — для розрахунків спектральних характеристик сигналів і визначення коефіцієнта нелінійних спотворень;

6. Інші пакети.

Система оперує як із вбудованими жорстко заданими моделями (нелінійними), так і з моделями довільної топології (лінійний аналіз). До складу схеми, що досліджується можуть входити компоненти таких видів: пасивні R-, C-, L-компоненти; незалежні джерела напруги E і струму I; напівпровідникові діоди D; стабілітрони SТ; біполяр­ні транзистори T; уніполярні транзистори TY; операційні підсилювачі OY; залежні джерела струму, що керуються напругою UI; двообмотковий трансформатор зі слабким зв'язком M; триобмотковий трансформатор зі слабким зв'язком MM; двообмотковий трансформатор із сильним зв'язком W; триобмотковий трансформатор із сильним зв'язком WW.

Вхідною інформацією для системи є опис схеми на вхідній мові системи. Текст опису схеми може бути введений в ЕОМ безпосередньо в процесі діалогової взаємодії із системою чи попередньо записаний на один із зовнішніх носіїв ЕОМ.

ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОПЕРЕВІРКИ

1. Пояснити умови відсутності частотних спотворень.

2. Пояснити умови відсутності перехідних спотворень.

3. Розрахувати елементи схеми каскаду, що забезпечують необхідний режим за постійним струмом. Визначити коефіцієнт підсилення схеми (див. додаток 2, конт­рольне завдання № 2).

4. Розрахувати коефіцієнт передачі, вихідний і вхідний опір витокового повторювача.

5. Розрахувати підсилювач на уніполярних транзисторах якщо задано: режими за постійним струмом, крутість, напруга джерела живлення, коефіцієнт підсилення, коефіцієнт частотних спотворень, смуга частот.

6. Як вибрати транзистор за частотними властивостями?

7. Пояснити переваги диференційного каскаду з ГСС.

8. Які особливості роботи підсилювального каскаду в режимі слабих сигналів?

9. Як можливо спростити вирази для АЧХ в області ВЧ у випадку застосування уніполярних транзисторів?

« ПРИСТРОЇ ПІДСИЛЕННЯ СИГНАЛІВ»

6. Вказівки та матеріали для самоконтролю по темі "Корекція частотних та перехідних характеристик"

Корекція характеристик аналогових електронних пристроїв застосовується тоді, коли потріб­но, не змінюючи коефіцієнт підсилення., розширити смугу пропускання (таким чином, збільшується площа підсилення [4]), або покращити форму перехідної характеристики. У деяких випадках за допомогою корекції створиться спеціальна форма АЧХ (наприклад АЧХ з підйомом в областях НЧ і ВЧ в підсилювачі відтворення магнітофону).

Розрізняють НЧ і ВЧ корекції та, відповідно, корекції перехідної характерис­тики в областях великого та малого часу. Якщо зменшувати нижню граничну частоту підсилювача, то зменшиться параметр перехідної характеристики в області великого часу, який називається зниження вершини. При звільненні верхньої граничної часто­ти зменшується тривалість фронту - параметр перехідної характеристики в області малого часу. Якщо АЧХ після корекції буде мати підйоми, то перехідна характеристика такого пристрою буде мати викиди. Треба добре з'ясувати, який існує зв'язок між АЧХ, ФЧХ та перехідною характеристикою [5].

До основних способів корекції відносяться [5, 7]:

• запровадження частотнозалежних кіл у навантаженнях підсилювачів (індуктивні ВЧ корекції, паралельна, послідовна, складна НЧ корекція за допомогою RC-кола);

• запровадження частотнозалежних зворотних зв'язків у підсилювачах (емітерна або витокова корекція, міжкаскадний зворотний зв'язок).

Основний принцип корекції полягає в тому, щоб створити у передаточної функції підсилювача додаткові нулі, які компенсують вплив на АЧХ, ФЧХ та ПХ полюсів пере­даточної функції [5].

В цьому розділі треба також вивчити способи та схеми регулювання форми АЧХ в підсилювачах (регулятори тембру). Докладно про це можна прочитати у [7, 43, 51].

ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОПЕРЕВІРКИ

1. Який існує зв'язок між частотними та часовими характеристиками підсилювача?

2. Як впливає корекція АЧХ підсилювача на площу підсилення?

3. Що таке доступна площа підсилення?

4. Намалюйте підсилювач на польовому транзисторі з послідовною індуктивною ВЧ корекцією. Яким повинен бути вхідний опір наступного каскаду, щоб корекція була ефективною?

5. Намалюйте підсилювач на біполярному транзисторі зі складною індуктивною ВЧ корекцією. Назвіть переваги та недоліки такої схеми?

6. Намалюйте підсилювач з НЧ корекцією за допомогою RC кола. Як вірно розра­хувати конденсатор С?

7. Яким чином буде змінюватися АЧХ каскаду з емітерною ВЧ корекцією, якщо С=0, С=?

8. Побудуйте схему підсилювача з міжкаскадним зворотним зв'язком, який би мав підйоми АЧХ в областях НЧ і ВЧ.

9. По визначається за допомогою методу Брауде?

10. Які існують основні способи регулювання тембру в підсилювачах? Намалюйте схеми простих регуляторів ВЧ або НЧ, складного регулятора ВЧ та НЧ? Поясніть як вони працюють.

11. Поясніть різницю між послідовної та паралельною схемою індуктивної корекції.

7. Вказівки та матеріали для самоконтролю по темі "Кінцеві підсилювальні каскади"

Особливістю кінцевих підсилювальних каскадів (підсилювачів потужності) є їх робота з великими амплітудами вхідного та вихідного сигналів. Це обумовлює необ­хідність використання значних ділянок динамічних характеристик активних елементів.

Для розрахунків кінцевих підсилювачів не можна користуватися лінійними еквівалентними схемами каскадів, тому що за період вхідної напруги змінюються параметри активних елементів, виникають значні нелінійні спотворення. Розрахунки за допомогою динамічних характеристик відрізняються, в цьому випадку, більшою точністю.

Вивчаючи основні режими роботи активних елементів в кінцевих підсилювачах (клас А, В, АВ, С, Д) треба звернути увагу на кількісні значення таких параметрів, як ККД та нелінійні спотворення. Недолік класу А — малий ККД ( <25% для підсилювачів з безпосереднім увімкненням навантаження, <50% для трансформаторного підсилювача), але підсилювач в режимі класу А має невеликі нелінійні спотворення ( <10%).

Каскади у цьому режим застосовуються як в однотактних, так і у двотактних схемах. Каскади у режимі класу В застосовуються виключно в двотактних підсилювачах потужності. Такі підсилювачі мають великий ККД ( <78,5%), але досить значні нелінійні спотворення ( >10% за рахунок спотворень типу "сходинка''). Тому в двотактних підсилювачах для зниження спотворень використовують режим класу АВ, але при цьому знижується економічність схеми (ККД не перевищує 60%). У режимі класу С кінцеві каскади підсилювачів звукової частоти не вводять через значні спотворення. Цей режим застосовується, наприклад, у помножувачах частоти та інших радіотехнічних вузлах. В найбільш економічних підсилювачах, активні елементи яких знаходяться у режимі класу Д, ККД >60% , але вони досить складні.

Основний спосіб зниження нелінійних спотворень у кінцевих двотактних каска­дах — введення від'ємного зворотного зв'язку.

Тема "Кінцеві підсилювальні каскади" добре викладена у [2, 4, 6, 7]. Зі схемотехнікою сучасних інтегральних потужних підсилювачів можна ознайомитися у [10, 38].

ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОПЕРЕВІРКИ

1. Чим відрізняються режими активних елементів попереднього підсилювача від кінцевого підсилювача?

2. Наведіть характеристики основних режимів (класів) роботи кінцевих підсилювачів.

3. В чому перевага двотактної схеми кінцевого підсилювача перед однотактною?

4. Намалюйте часові діаграми струму колекторів, напруг на колекторах транзис­торів двотактного трансформаторного підсилювача, якщо він працює у режимі А, В, АВ.

5. Побудуйте вихідну динамічну характеристику за змінним струмом однотактного кінцевого підсилювача (трансформаторного, безтрансформаторного).

6. Яким чином вірно вибрати транзистори для кінцевого каскаду підсилення?

7. Чому режим класу В не поширений в потужних підсилювачах звукової частоти

8. Чим пояснюється спад АЧХ трансформаторного підсилювача на нижніх та верхніх частотах? Намалюйте еквівалентну схему трансформаторного підсилювача.

9. Які переваги має безтрансформаторний двотактний підсилювач? Намалюйте та поясніть схему такого підсилювача.

10. Намалюйте та поясніть структурну схему підсилювача потужності, який працює у режимі класу Д. Назвіть переваги та недоліки такого підсилювача?

11. Здійсніть вибір транзисторів для двотактної і однотактної схеми, якщо відомі Р_н і R_н.

12. Довести, що ККД каскаду, що працює в режимі класу В. більше, ніж у А

13. Довести, до в спектрі вихідного струму двотактної схеми відсутні парні гармоніки.

14. При яких умовах парні гармоніки в спектрі вихідного струму двотактної схеми повністю відсутні?

8. Вказівки та матеріали для самоконтролю по темі "Операційні підшивачі"

Найбільш поширеною аналоговою ІМС є операційний підсилювач (ОП), Ідеальний ОП має дуже великий коефіцієнт підсилення за напругою (К=), великий вхідний опір (R_вх.=), малий вихідний опір (R_вих.=). Завдяки цьому, властивості вузлів на ОП цілком визначаються параметрами елементів зворотного зв'язку.

Реальні ОП за властивостями наближаються до ідеальних ОП. До основних пара­метрів реальних ОП відносяться:

• коефіцієнт підсилення за напругою (10³...10⁷);

• коефіцієнт послаблення синфазних вхідних напруг (60...120 дБ);

• вхідний опір (10⁴...10⁹ Ом);

• вихідний опір (10...10³ Ом):

• частота одиничного підсилення (0,1...15 МГц);

• максимальна швидкість наростання вихідної напруги (0,1...10 В/мкс);

• максимальна вихідна напруга (на 1…2 В менше напруги живлення):

• вхідний струм (10^-9...510^-7 А);

• напруга зміщення на вході, за якої вихідна напруга дорівнює нулю (510^-4 ...1510^-3 В).

До основних характеристик ОП відносяться:

• АЧХ та ФЧХ:

• амплітудна характеристика.

Більш докладно про параметри та характеристики сучасних ОП можна дізна­тися в [1, 6, 21, 38].

Типова структурна схема ОП складається з трьох каскадів підсилення постійного струму. Перший каскад обов'язково виконується за, схемою симетричного диференційного каскаду. В другому каскаді часто використовується диференціальний каскад з несиметричним виходом. Кінцевий каскад виконується за схемою повторювача напруги, що зменшує вихідний опір ОП.

Опис структурних і принципових схем ОП можна знайти в [1, 6, 10].

Для проектування електричних схем за допомогою ЕОМ використовуються еквівалентні схеми ОП – макромоделі [6, 10, 51, 52].

Безпосередньо ОП в якості підсилювача не застосовується. Це пов'язано з двома причинами. По-перше, амплітудна характеристика ОП по вхідний напрузі дуже вузька, а по-друге, власний коефіцієнт підсилення за напругою ОП значно залежить від температури та інших дестабілізуючих факторів.

Для покращання параметрів підсилювачів 0П охоплюються зворотним зв'язком.

Найбільш поширені схеми включення ОП — це з паралельним зворотним зв'язком за напругою (інвертуюче включення) і з послідовним зворотним зв'язком за напругою (неінвертуюче включення).

Інвертувчий та неінвертуючий підсилювачі на ОП докладно розглянуті в [1, 6-9, 52].

Введення зворотного зв'язку в ОП може привести до самозбудження, якщо для деякої частоти одночасно виконуються умови балансу фаз та балансу амплітуд. Всі теоретичні положення, які вивчаються в розділі 3.3 стосовно стійкості пристроїв із зворотним зв'язком, можна застосовувати у випадку використання ОП [4-6].

ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОПЕРЕВІРКИ

1. Які підсилювачі мають назву операційні?

2. Назвіть основні параметри та характеристики реального ОП.

3. Назвіть основні параметри ідеального ОП.

4. Чому в більшості випадків при розрахунку підсилювачів можна застосовувати ідеальну модель ОП?

5. Намалюйте типову структурну схему ОП.

6. Для чого в ОП використовують ГСС?

7. Назвіть властивості інвертувального підсилювача. Яким чином визначається ко­ефіцієнт підсилення цього підсилювача?

8. Назвіть властивості неінвертувального підсилювача. Яким чином на основі цього підсилювача можна побудувати повторювач?

9. Як ввести в ОП додатний (позитивний) зворотний зв'язок?

10. Які критерії стійкості ОП, що охоплені зворотним зв'язком, вам відомі?

11. Розрахувати схему підсилювача змінної напруги на основі ОП. Визначити його смугу пропускання, якщо задано k_. частота F_н, опір R_вх., відомі власні па­раметри ОП k₀ та f_од.. Живлення несиметричне.

9. Вказівки та матеріали для самоконтролі по темах "Аналогові пристрої, що здійснюють математичні операції над сигналом" та "Перетворювачі опору"

На основі інвертувального підсилювача може бути побудований аналоговий прис­трій, який здійснює підсумовування N сигналів — інвертувальний суматор. Переваги інвертувального суматора такі:

• незалежний коефіцієнт підсилення по кожному входу;

• незалежний вхідний опір по кожному входу;

• дуже малий паразитний зв'язок між джерелами сигналу на входах.

На основі неінвертувального підсилювача може бути побудований неінвертивальний суматор N сигналів. Однак треба мати на увазі, що переваги інвертувального суматора на неінвертувальний не поширюються. Так, наприклад, коефіцієнт підсилення за напругою і-го входу залежить від кількості входів, а вхідний опір і-го входу змінюється, якщо змінити опір j-го входу.

Для реалізації математичної операції віднімання треба використати диферен­ціальне включення ОП. Потрібно звернути увагу на те, що коефіцієнти підсилення по входах ОП різні. Тому, наприклад, для побудови пристрою віднімання з рівними за модулем коефіцієнтами підсилення необхідно по неінвертуючому входу ОП засто­сувати додатковий подільник з коефіцієнтом передачі , де k - коефіцієнт підсилення.

Інтегратор та диференціатор будуються на основі інвертувального підсилювача. Для цього в коло зворотного зв'язку вводиться реактивний елемент – конденсатор замість резистора.

Якщо конденсатор вмикається між виходом та входом, то маємо інтегратор. Пе­ревага інтегратора на ОП перед звичайним RC-колом полягає в збільшенні еквівалентної сталої часу, яка дорівнює , де k - власний коефіцієнт підсилення ОП.

Таким чином, починаючи з частоти сигналу , інтегратор має малу помилку інтегрування. Практичні схеми інтеграторів більш складні. Так, наприкл­ад, обов'язковим елементом інтегратора є ключ, за допомогою якого здійснюється "скид" до нуля, тобто розряд конденсатора.

Якщо конденсатор вмикається на вході ОП, то маємо диференціатор. Перевага диференціатора на ОП перед RC-колом полягає в зменшенні еквівалентної сталої часу до . Тому, починаючи з сигналу , диференціатор має невелику помилку.

Практичні схеми диференціаторів більш складні. Так, наприклад, для усунен­ня самозбудження, додатково вводяться кола корекції, які зменшують коефіцієнт підсилення на високих частотах.

Розглянуті пристрої здійснюють лінійні математичні операції. Докладніше такі пристрої на ОП розглянуті в [1, 6, 17, 39].

Якщо в коло зворотного зв'язку ОП вводити нелінійні елементи (діод, транзис­тор), то можливо побудувати пристрої, які здійснюють нелінійні математичні операції. Це логарифматори, антилогарифматори, обмежувачі, пристрої піднесення до степеня, перемножувачі [1, 6, 11, 17, 25, 39].

Особливу увагу треба звернути на перемножувачі, які знайшли широке застосуван­ня в радіотехніці. На їх основі будуються такі пристрої, як модулятори, демоду­лятори, подвійники частоти, подільники частоти, перетворювачі частоти [11, 25].

За допомогою схем на ОП, можна шляхом електронного регулювання, змінювати імпеданс (опір) або змінювати його характер на зворотний. В першому випадку маємо конверсію, а в другому - інверсію імпедансу. Схеми таких перетворювачів та їх опис мовна знайти в [5, 17]. Перетворювачі опору найбільш поширені в інтегральній схемотехніці, де потрібно в малому об'ємі реалізувати велику за значенням ємність або індуктивність.

ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОПЕРЕВІРКИ

1. Визначити опір резисторів інвертувального суматора з трьома входами, якщо k₁=10, k₂=20, k₃=30.

2. Які властивості має інвертувальний суматор?

3. Визначити опір резисторів неінвертувального суматора з двома входами, якщо k₁=k₂=5.

4. Які властивості має неінвертувальний суматор?

5. Визначити опір резисторів пристрою віднімання на ОП з двома входами, якщо k₁=k₂=15?

6. Яким чином зрівняти вхідні опори від'ємника на ОП?

7. Які АЧХ та ФЧХ має інтегратор на ОП?

8. Які АЧХ та ФЧХ мав диференціатор на ОП?

9. Намалюйте структурні схеми балансного модулятора, фазового детектора, перетворювача частоти на основі аналогового перемножувача.

10. Які властивості має ідеальний аналоговий перемножувач?

10. Вказівки та матеріали для самоконтролю по темах "Активні RC-фільтри" та "Компаратори"

Переваги активних RC-фільтрів на ОП перед пасивними полягають у наступному:

• активні фільтри можуть мати коефіцієнт передачі у смузі пропускання більше одиниці;

• завдяки ОП активні фільтри дозволяють виключити вплив вихідного кола на вхідне;

• активні фільтри порівняно легко можуть перенастроюватися;

• активні фільтри інфранизьких та низьких частот мають невеликі розміри.

Разом з цим, недоліками активних фільтрів на ОП є:

• невелика верхня робоча частота (до 105...107 Гц);

• більший, ніж у пасивних фільтрів власний шум;

• обов'язкова наявність джерела живлення.

Синтез активних фільтрів на ОП полягає в створенні комплексного зворотного зв'язку за допомогою елементів R, C. Існує декілька різновидів фільтрів:

• за формою АЧХ (ФНЧ, ФВЧ, СФ – смуговий фільтр, РФ – режекторний фільтр);

• за критерієм синтезу (Чебишева, Баттерворта, Бесселя);

• за способом апаратурної реалізації (фільтри з Б33 - багатопетльовим зворот­нім зв'язком, фільтри на ДНУН - джерело напруги, яке керується напругою, біквадрантні фільтри).

Познайомитися з теорією, схемотехнікою, методикою розрахунку активних фільтрів на ОП можна в [5, 6, 20, 25, 39].

Компаратори [1, 38, 39] займають проміжне положення між аналоговими та циф­ровими вузлами. Напруга на виході компаратора умовно дорівнює 1 або 0, в залежності від того, перевищує або ні вхідна напруга встановлене значення, Найпростіший зразок компаратора – ОП без зворотного зв'язку. Для того, щоб покращити динамічні харак­теристики компаратора, на його виході встановлюють тригер – елемент цифрової тех­ніки.

ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОПЕРЕВІРКИ

1. Які основні переваги використання ОП у активних частотних фільтрах?

2. Поясніть, який існує зв'язок між АЧХ та ФЧХ активних ФНЧ (ФВЧ).

3. Як визначити порядок активного фільтра?

4. Намалюйте схеми активних ФНЧ, ФВЧ, СФ другого порядку з Б33.

5. Намалюйте схеми активних ФНЧ, ФЗЧ, СФ другого порядку на ДНУН.

6. Як побудувати активний ФНЧ непарного порядку?

7. Чим відрізняються фільтри Чебишева, Баттерворта, Бесселя?

8. З якою метою використовуються компаратори? Які є види компараторів?

9. Що таке час встановлення компаратора?

10. Для чого у колі зворотного зв'язку компаратора застосовують діоди?

ЗАКІНЧЕННЯ

Підготовку до складання екзамену та курсове проектування (розробка різно­манітних за функціями підсилювачів та аналогових пристроїв обробки сигналів) треба вести за допомогою літератури всіх розділів переліку. В другому розділі переліку приведена література для оформлення пояснювальної записки та графічної частини курсового проекту,