4. Аналоговые интегральные микросхемы. Классификация, применение.
Аналоговые интегральные микросхемы - предназначены для формирования и преобразования аналоговых сигналов - непрерывно изменяющихся во времени электрических величин, обычно напряжения или тока:
Применение микросхем в качестве элементной базы аналоговых устройств позволяет значительно (на порядки) уменьшить габариты и массу радиоэлектронных устройств, потребляемую мощность и т.д., а так же более чем на порядок повысить точность обработки аналоговой информации. Повышение точности происходит за счёт реализации двух основных принципов - принципа взаимного согласования и принципа схемотехнической избыточности.
Принцип взаимного согласования состоит в том, что интегральная технология даёт возможность на одной подложке (кристалле) получать совокупность элементов с взаимно согласованными характеристиками. В силу малости размеров подложки, параметры внешних воздействий на элементы микросхемы (температура, давление, электрические и магнитные поля и т.д.) практически одинаковы, что позволяет эффективно применять приёмы взаимной компенсации нестабильности параметров элементов. Принцип схемотехнической избыточности состоит в том, что интегральная технология даёт возможность применения более сложных и многоэлементных схемотехнических решений (с точки зрения традиционной схемотехники), которые в конечном итоге позволяют улучшить качество изделий (повысить стабильность, уменьшить искажения и т.д.).
Классификация и применение - аналоговые микросхемы можно разделить на две группы:
Аналоговые микросхемы универсального назначения. К ним относятся матрицы (сборки) согласованных резисторов, диодов, транзисторов, операционные усилители (ОУ). Из таких микросхем можно построить любое радиоэлектронное устройство.
Аналоговые микросхемы специального назначения - усилители, фильтры, стабилизаторы напряжения, генераторы, детекторы, смесители, аналого-цифровые (АЦП) и цифро-аналоговые (ЦАП) преобразователи - выполняют определённые функции. Применение интегральной технологии при изготовлении специализированных микросхем улучшает качество и повышает технологичность изделий по сравнению с их аналогами на универсальных микросхемах.
5. Операционные усилители, схемы на основе операционных усилителей.
Операционный усилитель - одно из главных достижений аналоговой микроэлектроники. Название связано с первоначальным применением в аналоговых вычислительных устройствах для выполнения математических операций. В настоящее время под ОУ понимается аналоговая интегральная микросхема универсального назначения, представляющая собой высококачественный дифференциальный усилитель постоянного и переменного тока с очень большим (до 1000000) коэффициентом усиления. Используются для решения различных задач преобразования и генерирования маломощных сигналов.
К настоящему времени сложилась типовая схема ОУ, которую по назначению компонентов можно разделить на три части — Дифференциальный (входной) каскад, интегратор (усилитель напряжения) и выходной каскад (усилитель мощности, повторитель напряжения усилитель тока).
На схемах ОУ изображают с разной степенью упрощения
Uдиф - дифференциальное напряжение (дифференциальный сигнал)
Uсф - синфазное напряжение (синфазный сигнал)
При анализе схем, содержащих ОУ, используют идеальные параметры:
Коэффициент усиления синфазного напряжения равен 0,
Коэффициент усиления дифференциального напряжения равен бесконечности,
Входное сопротивление равно бесконечности,
Выходное сопротивление равно 0.