- •Техническая Электроника
- •Оглавление
- •Предисловие
- •Введение
- •Глава 1 пассивные компоненты электронных устройств
- •1.1. Резисторы
- •Числовые коэффициенты первых трех рядов
- •Допустимые отклонения сопротивлений
- •Основные параметры резисторов
- •1.1.1. Система условных обозначений и маркировка резисторов
- •Специальные резисторы
- •1.2. Конденсаторы
- •1.2.1. Система условных обозначений конденсаторов
- •1.2.2. Параметры постоянных конденсаторов
- •1.2.3. Конденсаторы переменной ёмкости
- •1.3. Катушки индуктивности
- •Параметры катушек индуктивности
- •Глава 2 полупроводниковые диоды
- •2.1. Физические основы полупроводниковых приборов
- •2.2. Примесные полупроводники
- •2.3. Электронно-дырочный переход
- •2.4. Физические процессы в p–n переходе
- •2.5. Контактная разность потенциалов
- •2.6. Прямое включение p–n перехода
- •2.7. Обратное включение p–n перехода
- •2.8. Вольт–амперная характеристика p–n перехода
- •2.9. Пробой p–n перехода
- •2.10. Емкостные свойства p–n перехода
- •2.11. Полупроводниковые диоды
- •Система обозначения полупроводниковых диодов
- •2.12. Выпрямительные диоды
- •Параметры выпрямительных диодов
- •2.13. Стабилитроны
- •Параметры стабилитрона
- •2.14. Варикапы
- •Параметры варикапов
- •2.15. Импульсные диоды
- •Параметры импульсных диодов
- •2.15.1. Диоды с накоплением заряда и диоды Шотки
- •2.16. Туннельные диоды
- •Параметры туннельных диодов
- •2.17. Обращенные диоды
- •Глава 3 биполярные транзисторы
- •3.1. Режимы работы биполярного транзистора
- •3.2. Принцип действия транзистора
- •3.3. Токи в транзисторе
- •3.4. Статические характеристики
- •3.4.1. Статические характеристики в схеме с об входные характеристики
- •Выходные характеристики
- •Характеристики прямой передачи
- •Характеристики обратной связи
- •3.5. Статические характеристики транзистора в схеме с оэ
- •3.6. Малосигнальные параметры Дифференциальные параметры транзистора
- •Система z–параметров.
- •Система y–параметров
- •Система h–параметров
- •Определение h–параметров по статическим характеристикам
- •3.7. Малосигнальная модель транзистора
- •3.8. Моделирование транзистора
- •3.9. Частотные свойства транзисторов
- •3.10. Параметры биполярных транзисторов
- •Глава 4 полевые транзисторы
- •4.1. Полевой транзистор с управляющим p-n переходом
- •Статические характеристики
- •4.2. Полевые транзисторы с изолированным затвором
- •4.2.2. Статические характеристики мдп-транзистора с
- •4.3. Полевые транзисторы со встроенным каналом
- •4.4. Cтатические характеристики транзистора со
- •4.5. Cпособы включения полевых транзисторов
- •4.6. Полевой транзистор как линейный четырехполюсник
- •4.7. Эквивалентная схема и частотные свойства
- •4.8. Основные параметры полевых транзисторов
- •Глава 5 полупроводниковые переключающие приборы
- •5.1. Диодный тиристор
- •5.2. Триодный тиристор
- •5.3. Симметричные тиристоры (симисторы)
- •5.4. Параметры тиристоров
- •Глава 6 электронно-лучевые приборы
- •6.1. Электростатическая система фокусировки луча
- •6.2. Электростатическая отклоняющая система
- •6.3. Трубки с магнитным управлением электронным лучом
- •6.4. Экраны электронно-лучевых трубок
- •6.5. Система обозначения электронно-лучевых трубок
- •6.6. Осциллографические трубки
- •6.7. Индикаторные трубки
- •6.8. Кинескопы
- •6.9. Цветные кинескопы
- •Глава 7 элементы и устройства оптоэлектроники
- •7.1. Источники оптического излучения
- •7.2. Характеристики светодиодов
- •7.3. Основные параметры светодиодов
- •7.4. Полупроводниковые приемники излучения
- •7.5. Фоторезисторы
- •7.6. Характеристики фоторезистора
- •7.7. Параметры фоторезистора
- •7.8. Фотодиоды
- •7.9. Характеристики и параметры фотодиода
- •7.10. Фотоэлементы
- •7.11. Фототранзисторы
- •7.12. Основные характеристики и параметры фототранзисторов
- •7.13. Фототиристоры
- •7.14. Оптопары
- •7.15. Входные и выходные параметры оптопар
- •7.16. Жидкокристаллические индикаторы
- •Параметры жки
- •Глава 8 элементы интегральных микросхем
- •8.1. Пассивные элементы интегральных микросхем
- •8.1.1. Резисторы
- •8.1.2. Конденсаторы
- •8.1.3. Пленочные конденсаторы
- •8.2. Биполярные транзисторы
- •8.3. Диоды полупроводниковых имс
- •8.4. Биполярные транзисторы с инжекционным питанием
- •8.5. Полупроводниковые приборы c зарядовой связью
- •Применение пзс
- •Параметры элементов пзс
- •Глава 9 основы цифровой техники
- •9.1. Электронные ключевые схемы
- •9.2. Ключи на биполярном транзисторе
- •9.3. Ключ с барьером Шотки
- •9.4. Ключи на мдп транзисторах
- •9.5. Ключ на комплементарных транзисторах
- •9.6. Алгебра логики и основные её законы
- •9.7. Логические элементы и их классификация
- •Классификация ис по функциональному назначению
- •Классификация ис по функциональному назначению
- •9.8. Базовые логические элементы цифровых
- •9.9. Диодно–транзисторная логика
- •9.10. Транзисторно–транзисторная логика (ттл)
- •9.11. Микросхемы ттл серий с открытым коллектором
- •9.12. Правила схемного включения элементов
- •9.13. Эмиттерно–связанная логика
- •9.14. Интегральная инжекционная логика (и2л)
- •9.15. Логические элементы на мдп-транзисторах
- •9.16. Параметры цифровых ис
- •9.17. Триггеры
- •Параметры триггеров
- •9.18. Мультивибраторы
- •9.18.1. Мультивибраторы на логических интегральных элементах
- •9.18.2. Автоколебательный мультивибратор с
- •9.18.3. Автоколебательные мультивибраторы с
- •9.18.4. Ждущие мультивибраторы
- •Глава 10 аналоговые устройства
- •10.1. Классификация аналоговых электронных устройств
- •10.2. Основные технические показатели и характеристики аналоговых устройств
- •10.3. Методы обеспечения режима работы транзистора в каскадах усиления
- •10.3.1. Схема с фиксированным током базы
- •10.3.2. Схема с фиксированным напряжением база–эмиттер
- •10.3.3. Схемы с температурной стабилизацией
- •10.4. Стабильность рабочей точки
- •10.5. Способы задания режима покоя в усилительных
- •10.6. Обратные связи в усилителях
- •10.6.1. Последовательная обратная связь по напряжению
- •10.6.2. Последовательная обратная связь по току
- •10.7. Режимы работы усилительных каскадов
- •10.8. Работа активных элементов с нагрузкой
- •10.9. Усилительный каскад с общим эмиттером
- •10.10. Усилительный каскад по схеме с общей базой
- •10.11. Усилительный каскад с общим коллектором
- •10.12. Усилительные каскады на полевых транзисторах
- •10.12.1. Усилительный каскад с ои
- •10.12.2. Усилительный каскад с общим стоком
- •10.13. Усилители постоянного тока
- •Глава 11 Дифференциальные и операционные усилители
- •11.1. Дифференциальные усилители
- •11.2. Операционные усилители
- •11.3. Параметры операционных усилителей
- •11.4. Амплитудно и фазочастотные характеристики оу
- •11.5. Устройство операционных усилителей
- •11.6. Оу общего применения
- •11.7. Инвертирующий усилитель
- •11.8. Неинвертирующий усилитель
- •11.9. Суммирующие схемы
- •11.9.1. Инвертирующий сумматор
- •11.9.2. Неинвертирующий сумматор
- •11.9.3. Интегрирующий усилитель
- •11.9.4. Дифференцирующий усилитель
- •11.9.5. Логарифмические схемы
- •11.9.6. Антилогарифмирующий усилитель
- •Глава 12 компараторы напряжения
- •Глава 13 Цифро-аналоговые преобразователи
- •13.1. Параметры цап
- •13.2. Устройство цап
- •Глава 14 Аналого-цифровые преобразователи
- •14.1. Параметры ацп
- •14.2. Классификация ацп
- •14.3. Ацп последовательного приближения
- •ЛитературА
11.5. Устройство операционных усилителей
Современные ОУ выполняются в виде трех- или двухкаскадных усилителей, ибо однокаскадный усилитель не позволяет получить большой коэффициент усиления. Входным каскадом ОУ служит дифференциальный каскад с большим коэффициентом усиления парафазного сигнала, сравнительно большим входным сопротивлением и сильным ослаблением синфазного сигнала, а так же он должен быть мало чувствительным к изменению напряжения источника питания, температуры и других дестабилизирующих факторов.
Промежуточный каскад осуществляет усиление напряжения и тока ОУ и является согласующим устройством между входным и оконечным каскадами и уменьшает напряжение покоя на выходе ОУ до нуля. А так как ОУ является усилителем с непосредственной связью, то постоянная составляющая возрастает от входа к выходу и промежуточный каскад уменьшает постоянную составляющую до нуля. В промежуточных каскадах для увеличения коэффициента усиления по напряжению часто используются динамические нагрузки, причем каскады могут строится как по симметричной, так и по несимметричной схеме. Оконечный каскад ОУ должен обладать сравнительно большим входным сопротивлением, чтобы не нагружать промежуточный каскад, и малым выходным сопротивлением. Ток и напряжение оконечного каскада должны быть такой величины, чтобы питать предполагаемую нагрузку. Выполнить требования, предъявляемые к оконечным каскадам ОУ, можно только с помощью эмиттерных или истоковых повторителей. Однотактные эмиттерные и истоковые повторители имеют низкий КПД, что приводит к значительному выделению тепла в транзисторе. В связи с этим в оконечных каскадах преимущественно применяются двухтактные эмиттерные или истоковые повторители, выполненные на комплементарной паре транзисторов, работающих в режимах АВ или В. Тем самым удается уменьшить потери в транзисторе и повысить КПД оконечного каскада.
По схемотехническому исполнению ОУ подразделяются на устройства прямого усиления и с преобразованием спектра частот усиливаемого сигнала, основанного на преобразовании медленно изменяющегося напряжения в переменное напряжение основной частоты. Поскольку в устройствах современной электроники в основном применяются ОУ без преобразования сигнала, то они и будут в дальнейшем рассматриваться.
По применению ОУ классифицируются на:
– ОУ общего применения предназначены для использования в аппаратуре, имеющей суммарную погрешность на уровне 1 %, а характеристики ОУ удовлетворяют предъявляемым требованиям. У них полностью отсутствуют или имеется малое число дополнительных внешних компонентов, частота единичного усиления не высока (порядка 1 МГц);
– прецизионные ОУ обладают малым напряжением смещения нуля, малыми шумами, большим коэффициентом подавления синфазного сигнала и большим коэффициентом усиления при отсутствии цепи ОС;
– микромощные ОУ характеризуются малым потреблением мощности от источников питания;
– быстродействующие ОУ характеризуются высоким значением частоты единичного усиления (порядка 10 МГц) и высокой скоростью нарастания выходного напряжения.
По принципу действия ОУ сходен с обычным усилителем. Он предназначен для усиления напряжения или мощности входного сигнала.
Однако ОУ специально создан для использования в схемах с глубокой ОС так, чтобы параметры устройства преимущественно определялись параметрами цепи ОС, а сам ОУ должен быть функционально незаменим. Такой ОУ по своим параметрам приближается к идеальному.
Идеальный ОУ описывается следующими параметрами: бесконечными коэффициентом усиления, входным сопротивлением, полосой пропускания, скоростью нарастания выходного напряжения, коэффициентом ослабления синфазного сигнала, быстродействием и нулевыми выходным сопротивлением, напряжением смещения, разностью входных токов, нестабильностью уровня выходного напряжения, температурным дрейфом входного тока.
На практике ни один из параметров идеального ОУ не может быть реализован, однако к параметрам идеального усилителя можно приблизиться с достаточной точностью. В частности, интегральный ОУ – это усилитель напряжения. Согласно терминологии принятой в теории цепей, его обозначение – источник напряжения, управляемый напряжением (ИНУН).
На практике в большинстве случаев операционный усилитель используется с обратной связью. Применение отрицательной обратной связи позволяет увеличить входное сопротивление Rвх, уменьшить Rвых, уменьшить искажения и увеличить стабильность и точность, с которой задается коэффициент усиления.
Если ОУ охвачен положительной обратной связью, то может возникнуть самовозбуждение автоколебаний. Усилитель превращается в генератор и все параметры ОУ ухудшаются по сравнению с ОУ с ООС.
В электрических схемах ОУ обозначается прямоугольником, в верхней части которого изображается равносторонний треугольник, указывающий направление передачи сигнала. Оба входа ОУ располагаются с левой, а выход с противоположной стороны прямоугольника.
Инвертирующий вход обозначается кружочком или знаком минус, неинвертирующий вход – знаком плюс.
Практическое использование ОУ часто не требует знания внутренней структуры усилителя. Изучение принципа действия основных функциональных и схемотехнических особенностей узлов позволяет определить предельные технические возможности ОУ и корректировать его характеристики и параметры с помощью внешних устройств.
Внутреннюю структуру ОУ рассмотрим на примере ОУ общего применения.