1. Іспиту з предмету:

2. Основи схемотехніки

3. Відповіді:

1. Диференційні і операційні підсилювачі

Диференційні підсилювачі

Д иференціальний підсилювач (ДП) – це широко відома схема, використовувана для підсилення різниці напруг двох вхідних сигналів. В ідеальному випадку вихідний сигнал не залежить від рівня кожного з вхідних сигналів, а визначається тільки їх різницею.

Uвих = K·(U2 – U1)

Такий підсилювач має два входи , але сигнал може подаватись як симетрично, між входами U2 і U1 так і окремо на U2 і U1, перший варіант включення називають балансним, другий диференційним. Вхід в першому випадку називають симетричним, в другому асиметричним

Виходи також можуть бути симетричними, коли сигнал знімається між колекторами транзисторівVT1 i VT2, але частіше вихід асиметричний як на рисунку 1, б.

Нижній на рисунку 1,а вхід називається неінвертуючим входом (при подачі сигналу на цей вхід фаза сигналу на виході співпадає з фазою вхідного), а верхній - інвертуючим входом (при подачі сигналу на цей вхід фаза сигналу на виході протилежна до фази вхідного ).

Коли рівні сигналів на обох входах змінюються одночасно, та така зміна вхідного сигналу називають синфазною;

Різницевий вхідний сигнал називають диференціальним або парафазним.

Парафазний сигнал підсилювач повинен підсилювати, тому його ще називають корисним. Синфазний сигнал не повинен підсилюватись, в ідеальному випадку зміна сигналу на з’єднаних входах не приводить до зміни напруги на виході. Синфазний сигнал вважається сигналом завад .

Гарний диференційний підсилювач має високий коефіцієнт послаблення синфазного сигналу (К_ПСС), це відношення вихідного корисного сигналу до вихідного синфазного сигналу, за умови що корисний і синфазний вхідні сигнали мають однакову амплітуду.

Диференціальні підсилювачі використовують у тих випадках, коли слабкі сигнали можна загубити на фоні шумів.

Прикладами таких сигналів є цифрові сигнали, передані по довгим кабелям (кабель звичайно складається з двох скручених проводів), Диференціальний підсилювач на прийомному кінці відновлює первісний сигнал, якщо синфазні завади не дуже великі.

1. Операційний підсилювач

Операційні підсилювачі (ОП) в інтегральному виконанні складають основу аналогових інтегральних мікросхем, і багатьох схем спряження аналогових і цифрових пристроїв

Визначення ОП

О пераційним підсилювачем називається інтегральна мікросхема, що являє собою багатокаскадний диференційний підсилювач постійного струму з асиметричним виходом і параметрами, що наближаються до ідеальних.

Ці параметри:

В дійсності параметри реальних ІМС не ідеальні але дуже високий коефіцієнт підсилення (сотні тисяч), дозволяє нехтувати їм в розрахунках, Дуже великий вхідний опір (десятки – сотні МОм) і малий вихідний опір ( десятки Ом ), дозволяє використовувати ОП як ідеальний диференційний підсилювач.

Частотна характеристика ОП далека від ідеальної, тому ОП використовують в більшості на низьких частотах

Живлення ОП здійснюється, як правило, від двох різнополярних джерел живлення. Умовне позначення ОП представлене на рисунку 13.2.

Назва “Операційний підсилювач” з’явилась ще до появи ІМС. В п’ятидесяті роки в період розвитку аналогових обчислювальних машин це були диференційні підсилювачі з гарними параметрами. і були призначені тільки для виконання математичних операцій в аналогових обчислювальних машинах. Однак, область застосування ОП, виконаного у вигляді мікросхеми, значно ширше.

2. Схеми включення ОП. Операційні схеми

Оскільки коефіцієнт підсилення ОП дуже великий, то використання його як підсилювача можливо лише при охопленні його негативним зворотним зв'язком (НЗЗ). Опір кола НЗЗ може бути активним чи комплексним.

П ри розрахунку схем на основі ОП, охоплених колом НЗЗ, будемо вважати, що задовольняються такі основних вимоги, пропоновані до інтегральних ОП: нескінченно великий коефіцієнт підсилення К_u і вхідний опір R_вих. Через нескінченно великий К_u ОП роблять такі два припущення щоб полегшити подальші розрахунки.

1. З начення диференціальної напруги на його входах можна вважати рівним нулю, тобто потенціали інвертуючого і неінвертуючого входів такого ОП виявляються однаковими. U1=U2

2. Нескінченно великий R_вих ОП дозволяє зневажити його вхідними струмами. i_вх = 0

3. Схема інвертуючого підсилювача, на основі ОП показана на рисунку 1.

Я кщо потенціал неінвертуючого входу дорівнює нулю, то на підставі зробленого вище зауваження можна вважати рівним нулю і потенціал інвертуючого входу. Такий потенціал називають “квазінульовим”. Вважаючи також, що Івх = 0 маємо і₁ = і_2, а якщо вважати різницю потенціалів на R1: Uвх – U1, а на R2: U1-Uвих отримаємо

звідки U_вих = U_вхR2/R1

Відповідно до останнього рівняння

Знак «мінус» в отриманій формулі означає, що полярність U_вих протилежна полярності U_вх (звідси і назва «інвертуючий»). Коефіцієнт підсилення такого підсилювача визначається лише співвідношенням опорів резисторів R1 і R2 і не залежить від коефіцієнта підсилення ІМС ОП.

Оскільки потенціал точки А дорівнює нулю, то вхідний опір підсилювача, Rвх = Rl.

На рисунку 2 представлена схема неінвертуючого підсилювача. У такому підсилювачі рівність U1=U2 виконується в тому випадку, якщо

звідки випливає

Важлива властивість неінвертуючого підсилювача, високий вхідний опір,

де R_вх.оп вхідний опір ІМС ОП, не охопленого ЗЗ. Якщо інвертуючий вхід ОП під’єднати безпосередньо до виходу (рисунок 3), що відповідає R2 = 0, то вийде повторювач напруги з коефіцієнтом передачі одиниця.

3. Компаратори напруг

Компаратор, пристрій порівняння, призначений для порівняння двох напруг, що надходять на його входи.

О дна з порівнюваних напруг, називається опорною (U_оп), може бути постійною або повільно змінною, інша напруга U_вх має відносно велику швидкість зміни. В залежності від знака різниці вхідних напруг на виході компаратора встановлюється максимальний (U_{вих.мах}) чи мінімальний (U_{вих.мін}) рівень напруги.

Компаратори застосовуються в пристроях часової затримки імпульсів, для одержання перепадів напруг, імпульсів малої тривалості, виміру фази синусоїдальних коливань та інших цілей. В ролі компараторів широко використовуються інтегральні ОП. Великий коефіцієнт підсилення інтегрального ОП забезпечує встановлення високого чи низького рівня вихідної напруги при незначній відмінності вхідних напруг, тобто зміна рівнів U_вих відбувається при досягненні U1 = U2

Схема компаратора на рисунку а)

Вхідна напруга подана на інвертуючий, а опорна – на прямий вхід ОП. Якщо Uвx < Uоп, то вхідна напруга ОП U0< 0 і U_вих = U_{вих.мах}. При Uвх > Uоп, вхідна напруга ОП U0> 0 і U_вих = U_вих.min Полярність вихідної напруги змінюється при переході вхідної напруги через значення U_оп і завдяки великому Кu має східчастий характер.

Передаточна характеристика такого компаратора показана на рисунку б. Умовне позначення компаратора напруг приведене на рисунку в

Н а рисунку г показано часові діаграми напруг на вході і виході компаратора.

ЕКЗАМЕНАЦІЙНІ ПИТАННЯ для комплексного державного

іспиту З предмету: