Учебное пособие ОИБ. Аннотация дисциплины наименование дисциплины 4 глоссарий 5 Физические основы полупроводниковых приборов
 Скачать 1.49 Mb.
|
|
2.4. Импульсные усилители Импульсному (ключевому) режиму работы транзистора соответствуют два состояния: транзистор или закрыт или полностью открыт. В этом режиме транзисторы используют как бесконтактные переключающиеся устройства. Рассмотрим работу схемы, приведённой на рис. 2.9. Временные зависимости входного и выходного напряжений усилителя изображены на рис. 2.10. В интервалах времени  и т.д., когда  , переход эмиттер – база заперт и ток коллектора  . Следовательно, напряжение на коллекторе равно напряжению источника питания  , транзистор закрыт. Когда на вход транзистора подают отрицательные импульсы (интервалы времени  ), переход эмиттер – база открывается и по коллекторной цепи проходит ток насыщения  , при этом напряжение на коллекторе  , транзистор полностью открыт. Рис. 2.9. Схема импульсного усилителя на биполярном транзисторе  Рис. 2.10. Временные зависимости входного и выходного напряжений усилителя 2.5. Операционные усилители Операционные усилители выполнены на интегральных микросхемах и применяются как усилители постоянного тока для работы в режиме усиления и выполнения математических операций над аналоговыми или медленно изменяющимися величинами (сложение, вычитание, дифференцирование, интегрирование, логарифмирование и т.д.). Условное изображение операционного усилителя приведено на рис. 2.11, в котором знаком (–) обозначен инвертирующий вход, а знаком (+) неинвертирующий вход. Питание операционного усилителя осуществляется от двух источников с положительной и отрицательной ЭДС. На рис. 2.12 приведены характеристики вход - выход усилителей с инвертирующим и неинвертирующим входами. Входное напряжение насыщения незначительно  . Рис. 2.11. Условное изображение операционного усилителя  Рис. 2.12. Характеристики вход-выход операционных усилителей с инвертирующим и неинвертирующим входами В схемах операционных усилителей используется отрицательная обратная связь по напряжению. Рассмотрим примеры использования схем операционных усилителей с элементами цепи обратной связи  .На рис. 4.13 приведена схема масштабного инвертирующего усилителя, у которого элементы обратной связи равны активным сопротивлениям  .  Рис. 4.13. Схема масштабного инвертирующего усилителя Используя первый и второй законы Кирхгофа для входного и выходного контуров усилителя, направления обхода которых указаны, а также считая, что у операционных усилителей, имеем   Тогда, после преобразований, следует, что  , то есть выходное напряжение масштабного усилителя  равно входному напряжению  , помноженному на масштабный множитель с отрицательным знаком. Коэффициент усиления усилителя по напряжению  . (2.10)На рис. 2.14 изображена схема суммирующего усилителя (сумматора).  Рис. 2.14. Схема суммирующего усилителя (сумматора) Сумматор – это операционный усилитель с несколькими входами, у которого  ,  ,  ,  ,  , тогда, умножив значения всех токов на  , получим: . (2.11)В этом случае усилитель выполняет операцию сложения входных напряжений со своими масштабными коэффициентами. Если все входные сопротивления равны  , то  .На рис. 2.15 приведена схема интегрирующего усилителя (интегратора), у которого в цепи обратной связи использован конденсатор.  Рис. 2.15. Схема интегрирующего усилителя (интегратора) Изобразив сопротивление обратной связи в комплексном виде  , а входное сопротивление  , можно представить выходное напряжение в виде временной зависимости  . Перейдем к операторной форме записи, что соответствует замене  на оператор Лапласа p . Тогда изображение входной и выходной величины по Лапласу выразится зависимостью  , что соответствует интегрированию оригинала, то есть:  , (2.12)где  - масштабный коэффициент.На рис. 2.16 изображена схема дифференцирующего усилителя, у которого на входе усилителя установлен конденсатор.  Рис. 2.16. Схема дифференцирующего усилителя Входное сопротивление конденсатора  в комплексном виде  , а сопротивление обратной связи  .Выходное напряжение можно представить в комплексном виде временной зависимостью  . Перейдем к операторной форме записи, что соответствует замене на оператор Лапласа p . Тогда изображение входной и выходной величины по Лапласу выразится зависимостью  , что соответствует взятию производной от её оригинала, то есть: . (2.13)где  - масштабный коэффициент.Контрольные вопросы по разделу 2 Однополупериодные выпрямители. Схемы реализации и временные зависимости токов и напряжений. Понятие действующего значения и аналитическое его выражение. Понятие средневыпрямленного значения напряжения и его аналитическое выражение. Понятие коэффициента пульсаций выпрямителя, его определение и значение для однополуперионого выпрямителя. Двухполупериодные выпрямители. Основные разновидности и схемы построения. Принцип работы двухполупериодного выпрямителя с нулевым выводом трансформатора. Принцип работы двухполупериодного мостового выпрямителя. Основные типы измерительных приборов, используемых в схемах выпрямителей переменных напряжений и токов. Электронные усилители на биполярных транзисторах. Область применения и схемы построения. Сущность графического расчёта параметров предварительного каскада усилителя на биполярном транзисторе. Усилитель мощности. Область применения, схема построения и режим работы. Импульсные усилители. Область применения, схема на биполярном транзисторе и режимы работы. Операционные усилители на интегральных микросхемах. Разновидности, условное изображение. Характеристики вход-выход операционных усилителей с инвертирующим и неинвертирующим входами. Инвертирующий операционный усилитель. Схема построения и характеристика вход-выход. Суммирующий усилитель (сумматор). Схема построения и основные аналитические соотношения между выходом и входом. Интегрирующий усилитель (интегратор). Схема построения и основные аналитические соотношения выходом и входом. Дифференцирующий усилитель. Схема построения и основные аналитические соотношения выходом и входом. 3. СХЕМОТЕХНИКА цифровой ЭЛЕКТРОНИКИ Цель раздела: Изучение принципов работы цифровых электронных устройств и микропроцессорной техники. 3.1. Логические функции, логически устройства. Для обозначения различной информации используются слова. В цифровой технике пользуются кодовыми словами. Для их построения используется алфавит из двух букв 0 и 1. Эти буквы будем называть логическим нулем и логической единицей. Если длина кодовых слов составляет “n” разрядов, то можно построить  комбинаций – кодовых слов. Например, при n=3 можно построить  кодовых слов: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111. На входы любого логического устройства поступают логические слова, на выходе образуется новое кодовое слово, представляющее результат обработки входных слов. Поэтому можно сказать, что выходное слово есть функция, для которой аргументами являются входные слова. Функция и аргументы могут принимать значения лог.0 и лог.1 и называются такие функции функциями алгебры логики. Устройства, предназначенные для формирования функций алгебры логики, называются логическими (цифровыми) устройствами.По способу ввода – вывода кодовых слов различают устройства последовательного, параллельного и смешанного действия. На рис. 3.1 изображена схема логического устройства последовательного действия.   Рис. 3.1. Схема логического устройства последовательного действия На входы такого устройства и с его выхода кодовые слова поступают последовательно во времени. В данном случае устройство выявляет логическое совпадение символов слов на входах. На рис. 3.2 изображена схема логического устройства параллельного действия. На входы устройства параллельного действия все n символов входного слова подаются одновременно. Для каждого разряда входного слова имеется свой выход.   Рис. 3.2. Схема логического устройства параллельного действия. В устройствах смешанного действия входные и выходные кодовые слова представляются в разных формах. Например, входные слова в последовательной форме, выходные в параллельной форме, либо наоборот. Логические функции могут задаваться аналитическим или табличным способами. Аналитический способ задания логической функции предусматривает запись функции в форме логических операций. При табличном способе строится таблица истинности, в которой приводятся все возможные сочетания значений аргументов и соответствующие им значения логических функций. Рассмотрим в табличном виде перечень необходимых логических операций и соответствующую им таблицу истинности.
3.2. Основные логические элементы и их обозначение на схемах Технические устройства, реализующие логические операции, называются логическими элементами. Рассмотрим основные логические элементы, изображённые в виде логических операций, таблиц истинности, а также их обозначения в схемах. 1. Логический элемент повторитель, операция логическое повторение y=x, иллюстрируется таблицей истинности и условным обозначением:  2. Логический элемент НЕ, инвертор, операция логическое отрицание  , иллюстрируется таблицей истинности и условным обозначением:  3. Логический элемент И, операция логическое произведение  , иллюстрируется таблицей истинности и условным обозначением:  4. Логический элемент ИЛИ, операция логическое сложение  , иллюстрируется таблицей истинности и условным обозначением:  Логический элемент И-НЕ, операция отрицание элемента И  , иллюстрируется таблицей истинности и условным обозначением: Логический элемент ИЛИ-НЕ, операция отрицание элемента ИЛИ  , иллюстрируется таблицей истинности и условным обозначением: Элементы И и И-НЕ с тремя входами, логические операции которых  и   , иллюстрируется таблицей истинности и условными обозначениями: | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
