7. Операционный усилитель, схемы включения. Схемы ни основе оу.

Операционным усилителем (ОУ) называют усилитель по­стоянного тока, обеспечивающий усиление как медленно, так и быстро меняющихся сигналов, спектр частот которых может быть от нуля до Десятков мегагерц и имеющий весьма большой коэффициент усиления по напряжению (от десятков тысяч До сотен миллионов), высокое входное и низкое выходное сопро­тивления, очень низкий входной ток (доли микроампер).

Типичная структура ОУ содержит входной дифференциаль-ный каскад, имеющий два входа (инвертирующий и неинверти-рующий), и усилители, формирующие проходную и выходную характеристики. Свойства и параметры ОУ усилителя опреде­ляются преимущественно параметрами цепи обратной связи. Входным¹ Сигналом для ОУ является разность между напряже­ниями на входах. _; :

Различают схемы включения ОУ: с подачей входного сигна­ла на инвертирующий (с инверсией полярности выходного сиь нала) и на неинвертирующий входы. В обеих схемах включения ОУ используется отрицательная обратная связь. В первой схе'мё ' ia счет отрицательной ОС ОУ должен обеспечить величину вьк ' ходного напряжения при равенстве нулю напряжения на его ий-нертирующем входе. Во второй схеме отрицательная ОС фор­мируется за счет подачи части выходного напряжения с делите-пя подается на инвертирующий вход. Коэффициент усиления нторой схемы целиком определяется коэффициентом обратной связи. Следящей называется не инвертирующая схема включе-

ния ОУ, при которой выход ОУ непосредственно соединен с его инвертирующим входом и коэффициент усиления схемы равен единице.

К техническим характеристикам ОУ относятся: дифферен­циальный коэффициент усиления (усиления при отсутствии ОС), области усиления и насыщения по выходному напряже­нию, напряжение смещения нуля, дрейф напряжения смещения нуля дрейф входного тока, появляющихся при изменении тем­пературы и увеличении продолжительности работы ОУ.

Аналоговая схемотехника на основе ОУ позволяет создавать самые различные вычислительные схемы. На основе ОУ реали­зуются операции суммирования и вычитания, дифференцирова­ния и интегрирования, формируются сигналы, реализующие ма­тематические функции — логарифм, экспоненту, синус и коси­нус, выполняют генераторы незатухающих электрических коле­баний различной формы, частоты и мощности: мультивибратор — генератор напряжения с формой, близкой прямоугольной; ге­нератор пилообразного напряжения.

8. Базовые логические элементы (лэ)

Элементную базу цифровых устройств (ЦУ) составляют ин­тегральные схемы (ИС), характеристикой сложности которых является уровень интеграции, оцениваемый либо числом базо­вых ЛЭ, либо, числом транзисторов, которые могут быть реали­зованы на кристалле.

Даже самые сложные преобразования цифровой информа-; ции сводятся к простейшим операциям над логическими пере­менными «О» и «1». Такие операции реализуются ЛЭ в соответ­ствии с формулами алгебры логики.

Операции И, ИЛИ, НЕ образуют полную систему логиче­ских операций, из которых можно построить сложное логиче­ское выражение. ЛЭ реализуются аппаратно в виде электронных устройств на транзисторах, резисторах и др., каждое из которых имеет один или два входа для подачи управляющих напряжений и один выход, напряжение на котором определяется соответст­вующей таблицей истинности. Логическому «да» («истина», или цифра 1 в таблицах истинности) соответствует наличию напря­жения, логическому «нет» («ложь», или цифра 0) — его отсутст­вие. Базовые логические элементы — элемент И (схема логиче-

ского умножения, конъюнктор), элемент ИЛИ (схема логическо­го сложения, дизъюнктор), элемент НЕ (схема логического от­рицания, инвертор). -

Элемент буфер реализует операцию повторения у = х, не изменяющую логическое состояние входного сигнала, и приме­няется для формирования логических уровней и повышения на-i рузочной способности. Инвертор выполняет операцию отрица­ния у — X логического сигнала и позволяет получить его до­полнение (инверсию). Вентиль ИЛИ обеспечивает высокий уро-нень сигнала на выходе, если хотя бы на одном из его входов присутствует высокий уровень напряжения. Вентиль И имеет шлсокий уровень сигнала на выходе только при наличии высо­кого уровня напряжения на всех его входах. Вентили И-НЕ, ИЛИ-НЕ совмещают инвертирование с операциями И, ИЛИ. Элемент «Исключающее ИЛИ» (сумма по модулю два) имеет низкий уровень сигнала на выходе при одинаковом логическом состоянии входов. Возможно множество вариантов построения устройств, реализующих заданную логическую функцию.

Реальные ЛЭ могут одновременно реализовывать логиче­ские функции многих переменных.

Электрические характеристики ЛЭ: статические (входные, проходные, выходные): статическая проходная (передаточная) характеристика; пороги переключения; статическая помехо­устойчивость; коэффициент разветвления по выходу, коэффи­циент объединения по входу; и динамическая (среднее время шдержки распространения сигнала, средняя мощность, потреб­ляемая элементом в статическом режиме).