СХЕМОТЕХНИКА

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

Некоммерческое акционерное общество

«Алматинский институт энергетики и связи»

 

Т.М.Жолшараева

 

СХЕМОТЕХНИКА

    Алматы 2010

Схемотехника аналоговых устройств

Дифференциальный усилитель

Дифференциальный усилитель (см. рисунок1.1) усиливает разность входных сигналов, который называется… Питание каскада осуществляется от двух источников Eк = Eэ, т.е. суммарное… С помощью уменьшается потенциал эмиттеров VT1 и VT2 относительно общей точки, при этом отпадает необходимость…

Выходные каскады усилителей

В микроэлектронике класс А обычно используется редко из-за низкого КПД. Более популярны двухтактные усилители класса В и АВ. 1.2.1 Простейшая двухтактная схема Рассмотрим простейшую двухтактную схему усилителя класса В на комплементарных транзисторах (см. рисунок 1.5).

Операционный усилитель

Операционный усилитель – универсальный усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и однотактным выходом. Идеальный ОУ имеет следующие параметры: - коэффициент усиления по напряжению ;

Инвертирующий сумматор (см. рисунок 1.17)

Из рисунка 1.17 следует, что , так как , Если , то

.

Интегратор инвертирующий (см. рисунок 1.18)

Из условия (1.1) следует, что . Ток через конденсатор равен

, входной ток .

Так как выполняется условие (1.1), и . Следовательно,

;

.

 

Отсюда, проинтегрировав, получим

.

линейно зависит от , т.е. схема интегратора является простейшей схемой генератора линейно изменяющегося напряжения.

Дифференциатор инвертирующий (см. рисунок 1.19)

Ток через R_ос равен ,

ток через емкость С равен .

Так как входной ток равен нулю, то и .

Отсюда .

 

1.3.6.4 Логарифмирующий усилитель (см. рисунок 1.20).

 

Здесь

где , .

 

Следовательно, .

Прологарифмировав, получаем

1.3.7 Нелинейный режим работы ОУ

Если (см. рисунок 1.21), то ОУ работает в линейном режиме,

при – в нелинейном ключевом или импульсном режиме.

При подаче напряжения на один из входов ОУ передаточная характеристика по второму входу смещается на это же значение. Например, на неинвертирующий вход ОУ (см. рисунок 1.22) подано напряжение U_оп, тогда характеристика по инвертирующему входу (кривая 1) сместится на значение U_оп вправо (кривая 2).

1.3.8 Компаратор аналоговый

Компаратор аналоговый (см. рисунок 1.23,а) применяется для сравнения аналогового сигнала с опорным напряжением.

На рисунке 1.23,а на неинвертирующий вход подано опорное напряжение U_оп, на инвертирующий вход ‑ аналоговый сигнал U_вх.

 

 

При этом выполняются условия (см. рисунок 1.23,б – передаточная характеристика ОУ):

если: U_вх< U_оп, то ,

если:U_вх> U_оп, то .

При равенстве U_вх = U_оп, U_вых= 0. Так как коэффициент усиления ОУ сотни тысяч, то выход компаратора переключается на противоположное значение.

На рисунке 1.24 приведены временные диаграммы входных и выходного напряжений компа-ратора, которые иллюстрируют его работу.

1.3.9 Триггер Шмидта

Триггер Шмидта имеет два состояния устойчивого равновесия и преобразует аналоговый сигнал в импульсный.

На рисунке 1.25,а приведена принципиальная схема триггера, на рисунке 1.25,б – его передаточная характеристика.

Резисторы и создают положительную обратную связь, которая обеспечивает лавинообразное переключение выхода триггера из положительного в отрицательное и наоборот. Пороговые напряжения (см. рисунок 1.25,б), при которых происходит переключение триггера, определяются как:

 

Из рисунка 1.26 видно, что при U_вх = 0, на выходе , так как на неинвертирующем входе U_вх⁺ U_оп>0. Когда U_вх возрастет до , равное смещению U_вх⁺ триггер переключается в . За счет положительной обратной связи , теперь смещение на U_вх⁺ станет равным . Когда U_вх уменьшится до , произойдет обратное переключение триггера в и т.д.

Так как пороговое напряжение меняется от одного значения к другому скачком, триггер является управляемым компаратором,

Генераторы электрических сигналов

Достоинствами RC-генератора синусоидальных колебаний – на ОУ являются простота, дешевизна, малые масса и габариты и недостатком – невысокая… Рассмотрим схему генератора с мостом Вина (см. рисунок 1.27). Мост Вина (элементы R­1, R2, C1, C2 ) создает положительную обратную связь. Коэффициент передачи звена обратной связи…

Автоколебательный мультивибратор

Принцип построения генераторов прямоугольных импульсов на ОУ основан на получении замкнутой резисторной или резисторно-емкостной цепи положительной… Рассмотрим работу автоколебательного мультивибратора на ОУ, в котором ПОС… Если в момент t=0 (см. рисунок 1.29,б) включить источник питания ОУ, начинает расти выходное напряжение Uвых, за счет…

Генератор линейно изменяющегося напряжения на операционном усилителе (ГЛИН).

Исходное состояние генератора (t < t1), при Uвх = 0 диод VD открыт, течет ток от источника питания через R, диод VD, источник сигнала Uвх,…   Напряжение превышает настолько, чтобы перевести ОУ в режим ограничения, при котором . Конденсатор С при…

Гиратор

Основной недостаток – рабочая частота fраб. не превышает несколько килогерц. Идея работы гиратора – используя напряжение на конденсаторе Uс, заставить… Известно, что при увеличении частоты индуктивное сопротивление возрастает и растет напряжение на катушке…

Схемотехника цифровых устройств

Основные логические операции и логические элементы

Логические функции ‑ функции, которые принимают два значения:

F=0, если сообщение ложное,

F=1, если сообщение истинное.

Логические операции описывают связь между логическими функциями.

Электрические схемы, реализующие элементарные логические операции, называются логическими элементами (ЛЭ).

Существуют 3 простейшие логические операции НЕ, ИЛИ, И:

а) операция НЕ - логическое отрицание, инверсия.

(F равно не А)

ЛЭ, выполняющий операцию НЕ, называется инвертором (см. рисунок 2.1).

 

б) операция ИЛИ ‑ логическое сложение, дизъюнкция.

F=АÚВ, либо F=А+В (F есть А или В).

ЛЭ, выполняющий операцию ИЛИ, называется сборкой или дизъюнктором (см. рисунок2.2).

 

в) операция “И”- логическое умножение или конъюнкция.

F=A B (F есть А и В);

F=AÙB.

Логический элемент, выполняющий операцию И называется схемой совпадения, или конъюнктором (см. рисунок 2.3).

Этот набор элементов И, НЕ, ИЛИ называется основным базисом или основной функционально полной системой элементов. Т.е. с помощью только этих элементов можно создать любую логическую схему.

Более широко в схемотехнике используются элементы других базисов ‑ двухступенчатые ИЛИ-НЕ, И-НЕ:

а) стрелка Пирса, или отрицание дизъюнкции, или операция ИЛИ-НЕ

А¯В = .

Условное обозначение приведено на рисунке 2.4. Логический элемент называется элементом Пирса.

 

б) штрих Шеффера, или отрицание конъюнкции, или операция И-НЕ

А½В = .

Условное обозначение приведено на рисунке 2.5. Логический элемент называется элементом Шеффера.

С помощью только одного типа микросхем ИЛИ-НЕ, либо И-НЕ можно построить любую логическую схему, т.е. каждая из них является основным базисом.

Самым распространенным является элемент Шеффера И-НЕ.

 

Также широкое применение нашли многоступенчатые логические элементы:

а) 2И-ИЛИ-НЕ, выполняющее операцию . Условное обозначение приведено на рисунке 2.6;

б) исключающее ИЛИ, или сумма по модулю два, или функция неравнозначности имеет вид

F = Это означает, что F равно либо A, либо B. Логический элемент исключающее ИЛИ иногда называют элементом типа «что-нибудь, но не все». Символ (псевдоплюс) означает, что входы А и В связаны логической функцией исключающее ИЛИ.

Из алгебры логики известно:

; ; .

Т а б л и ц а 2.1

А	В	А В

Таблица истинности для элемента исключающее ИЛИ приведена в таблице 2.1.

Из таблицы видно, что, если на какой-либо из входов (но не на все) подана логическая единица, то на выходе также появляется единица. Условное обозначение элемента неравнозначности приведено на рисунке 2.7,а. Поскольку этот элемент выполняет операцию сложения по модулю 2, то его обозначают так же, как на рисунке 2.7,б;

 

в) исключающее ИЛИ-НЕ, или функция равнозначности имеет вид

. Это означает, что F равно инверсии либо A, либо B.

Таблица истинности для элемента исключающее ИЛИ-НЕ приведена в таблице 2.2. Условное обозначение элемента приведено на рисунке 2.8.

 

 

 

Т а б л и ц а 2.2

А	В

 

 

Алгебра логики является алгеброй состояний и позволяет:

а) описывать работу электронного устройства в виде логических функций;

б) от уравнений переходить к электронным схемам;

в) синтезировать оптимальные схемы.

Порядок выполнения операций: НЕ ‑ И – ИЛИ.

Операции деления и вычитания не используются, могут использоваться скобки.

Кроме аксиом алгебры логики для преобразования функций широко используются формулы де Моргана

;

.

Логические интегральные схемы

а) входное U1вх и выходное U1вых напряжения логической единицы – значение высокого уровня напряжения на входе и выходе микросхемы; б) входное U0вх и выходное U0вых напряжение логического нуля – значение… в) входной I1вх и выходной I1вых токи логической единицы, входной I0вх и выходной I0вых токи логического нуля;

Переключатель тока

где Ку — коэффициент усиления усилителя. На базу одного из транзисторов, например, VTоп, подано некоторое постоянное опорное напряжение Uоп. . Изменение…

Принцип действия базовой схемы ЭСЛ

а) токового переключателя на транзисторах VT1 ¸ VT4 и резисторах R1¸R3. Содержит две ветви: входную ‑ на транзисторах VТ1 ¸… б) источника опорного напряжения, включающего параметрический стабилизатор на…  

Цифровые запоминающие устройства

Запоминающие устройства (ЗУ) составляют самостоятельный широко развитый класс микросхем средней, большой и сверхбольшой степени интеграции.… а) оперативные запоминающие устройства (ОЗУ, или RAM – random access memory… б) постоянные запоминающие устройства (ПЗУ, или ROM ‑ read only memory – память только для чтения) — матрицы…

Список литературы

1. Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника: Учеб. пособие – Ростов н/Д: Феникс, 2009. – 704с.

2. Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника: Учебник для вузов. Под ред. О.П.Глудкина. – М.: Горячая линия‑Телеком. 2005, – 768с.

3. Степаненко И.П. Основы микроэлектроники: Учебное пособие для вузов. ‑ 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2004. – 488с.

4. Гусев В. Г., Гусев Ю. М. Электроника и микропроцессорная техника: Учеб.для вузов – М.: Высш. шк., 2006, – 800с.

5. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство – М.: Мир, 1982. – 512с.

6. Гершунский Б.С. Основы электроники и микроэлектроники: Учебник для вузов – Киев: Высща школа, 1989. – 424с.

7. Пейтон А.Дж, Волш.В. Аналоговая электроника на операционных усилителях. – М..: Бином, 1994. – 352с.

8. Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы. Справочное пособие /Под ред. С.В.Якубовского. – М.: Радио и связь, 1985. – 432с.

9. Павлов В.Н., Ногин В.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств. – М.: Радио и связь, 2005. – 320с.

10. Фолкенберри Л. Применение операционных усилителей и линейных ИС. – М.: Мир, 1985. – 572с.

11. Алексенко А.Г. и др. Применение аналоговых ИС. – М.: Радио и связь, 1985. – 256с.

12. Алексенко А.Г. Основы микросхемотехники. ‑3-е изд. – БИНОМ.Лаб.знаний, 2004. – 448с.

13. Прянишников В.А. Электроника: Полный курс лекций. – СПб.: КОРОНА принт, Бином Пресс, 2006. – 416с.

14. Жолшараева Т.М. Микроэлектроника. Интегральные микросхемы: Учебное пособие. Алматы: АИЭС, 2007. – 81 с.

15. Т.М. Жолшараева. Схемотехника 1. Конспект лекций для студентов всех форм обучения специальности 050704 –Вычислительная техника и программное обеспечение. – Алматы: АИЭС, 2008. – 50 с.