Основные понятия и определения электроники. Компонентная база электроники, страница 10

Технология – это минимальное расстояние между проводниковыми дорожками внутри кристалла ИМС. Например, говорят, что микросхема сделана по технологии 0,25 мкм. К 2009 г. достигнута технология в 0,012 мкм. Чем меньше значение технологии, тем большей степени интеграции можно получить ИМС с кристаллом заданных размеров.

В зависимости от характера обрабатываемых сигналов, бывают аналоговые, цифровые и аналого-цифровые интегральные микросхемы. Наиболее универсальной аналоговой ИМС является операционный усилитель, а наиболее универсальной цифровой ИМС является микропроцессор.

Операционный усилитель (operational amplifier) – аналоговая интегральная микросхема с дифференциальным входом и собственным коэффициентом усиления, стремящимся к бесконечности.

Структурная схема операционного усилителя (ОУ) приведена на рис. 2.19.

 U1 Uвых

U2

Рис. 2.19. Структурная схема операционного усилителя

Операционный усилитель состоит из следующих блоков:

ДУ – дифференциальный усилитель с двумя входами (рис. 3.4); УН – усилитель напряжения постоянного тока (рис. 3.2); УМ – двухтактный усилитель мощности (рис. 3.5).

Принципы действия дифференциального входного каскада и усилительных каскадов описаны в гл. 3.

Варианты графического условного обозначения ОУ приведены на рис. 2.20.

DA

U

U                                               U

U                                вых U                              вых

Рис. 2.20. Варианты условного обозначения операционного усилителя

ОУ имеет два входа – инвертирующий и неинвертирующий, а также один выход и выводы питания. Инвертирующий вход отмечают кружком.  Для ОУ справедливо соотношение

Uвых = kОУ (U 2 -U1 ), (2.5) где kОУ – собственный коэффициент усиления ОУ; U1 – напряжение на инвертирующем входе ОУ; U2 – напряжение на неинвертирующем входе ОУ.

У идеального ОУ kОУ =¥. У реального ОУ kОУ =105...106. Благодаря такому высокому значению коэффициента усиления ОУ, охваченный обратной связью, реализует операции, совпадающие практически на 100 % с теоретическими расчетами.

Максимальное значение напряжения, которое может быть на выходе ОУ, называется напряжением насыщения. Это значение, как правило, на 1…2 В ниже напряжения питания.

ОУ характеризуются низкими значениями токов, потребляемых по входам (10-7...10-12 А). Однако даже такие токи могут приводить к изменению напряжения на выходе – статической ошибке. Основная же причина статической ошибки ОУ – напряжение смещения, т. е. напряжение, которое нужно приложить между входами ОУ, чтобы получить на его выходе значение напряжения, равное 0 В.

С помощью ОУ можно усиливать или генерировать аналоговые сигналы, осуществлять в реальном времени математические операции над аналоговыми сигналами. ОУ – основной элемент для построения аналоговых вычислительных машин (АВМ), которые значительно превосходят в быстродействии цифровые вычислительные машины (ЦВМ), однако уступают им в точности вычислений и удобстве представления информации.

В последние годы появились так называемые ПАИС-программируемые аналоговые интегральные схемы, представляющие собой интегральные микросхемы большой степени интеграции, в которых имеется множество ОУ с возможностью реализации произвольной конфигурации схемы. Благодаря появлению ПАИС АВМ являются серьезной альтернативой ЦВМ, даже таким мощным, как компьютеры.

3. ПРОСТЕЙШИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

3.1. Электронный ключ

Электронные ключи применяют для коммутации напряжений и токов без использования механических контактов. Электронные ключи также называют бесконтактными ключами.

Схемы и временные диаграммы работы электронного ключа на биполярном транзисторе приведены на рис. 3.1.

t

Рис. 3.1. Схема и диаграммы работы электронного ключа