10.14 Сурет. Логарифмдық күшейткіштің функционалды схемасы

Для получения данного усилителя в цепь ОС включают элемент лога­рифмической ВАХ. Обычно в качестве такого элемента используется харак­теристика p-n-перехода. Для p-n-перехода (диода) имеем

где q - заряд электрона; k - постоянная Больцмана; Т - абсолютная температура. Решая данное выражение относительно напряжения на диоде, получим

где

Из (10.1) и (10.2) находим

ОС тізбегіне берілген күшейткішті алу үшін логарифмді ВАХ элементін қосады. Әдетте мұндай элемент рөлінде p-n-ауысу сипаттамасы қолданылады. p-n-ауысуына (диод) мынадай:

мұнда q – электрон заряды; k – Больцман тұрақтысы; Т – абсолютті температура. Диод кернеуіне қатысты берілген формуланы шеше отырып, мынаны аламыз:

Мұнда

(10.1) және (10.2) табамыз.

Если диод vd поменять местами с резистором, то получим антилогарифми­ческий усилитель. Вместо диода можно использовать транзистор в схема с ОБ.

Егер vd диодын резистормен орындарын ауыстырсақ, антилогарифмидық күшейткішті аламыз.

10.14. Сурет. Логарифмдық күшейткіштің функционалды схемасы.

Тақырып 14. Көбейтудің аналогты сұлбалары. Сигналдардың сызықсыз түрлендіргіштері. (1 сағат)

Дәріс жоспары

1. Функционалды түрлендіргіштер

2. Логарифмды түрленгіштер

1. Функционалды түрлендіргіштер

Функционалды түрлендіргіштер шығыс және кіріс сигналдар арасындағы қажет етілетін функционалды тәуелділікті жаңадан өндіру үшін көмектеседі. Күрделі функционалды тәуелділіктер, әдетте, бөлікті-сызықты аппроксимация жолымен өңделеді. Осыған қоса, тағы бір тәуелділік классы бар - логарифмдік, оларды функцияның аппроксимациялаушысын қолданбай-ақ жақсы өңдеуге болады.

Бөлікті-сызықты функционалды түрленгіштер. Кең қолданылатын және жиі қолданылатын-диодты түрленгіштер, қажет етілетін тәуелділік U_вых U_вх –тан жартылайөткізгіштік диодтардың сызықтық емес сипаттамаларының көмегімен жетілдіріледі.

Нақты функционалды түрленгіштерді құру үшін жоғарыда қарастырылған орта мәндегі түйіндер қолданылады. Осындай мүмкін болатын түйіндердің бір варианты 14.1, а-суретінде көрсетілген. Егер U_сморын ауыстыру кернеуі нольге тең болса, онда бұл құрылғының жұмысы сәйкес түзеткіштің жұмысынан айырмашылықсыз болады. қысқыштарында U_вх  0 болғанда ғана оң кернеу пайда болады , ал қысқыштарында теріс кернеу пайда болады ,тек U_вх  0 болса.

14.1 –сурет.ОК негізіндегі қарапайым функционалды түрлендіргіш

(а) және оның сипаттамалары (б)

Оң немесе теріс орын ауыстыру кернеуінің берілуі нүктені U_вх осінде оңға немесе солға жылжытуға мүмкіндік, U_вых мәні нольден өзге болған кезден бастап ( 14.1, б-суреті). 14.1, б-суретіндегі графиктердегі и қисықтарының иілу учаскелерінің айналымы R₂/R₁ және R₃/R_{1.қатынастарымен табылады.}

14.1, а-суретінде көрсетілген түйіндердің көмегімен қандай жолмен күрделі функционалды тәуелділікті өңдеуге болатынын қарастырайық.

14.2, а-суретінде берілген 1 қисығымен қойылған тәуелділікті реализация жасау талап етілсін. Аппроксимацияның жіберілетін қателігнен, аппроксимиялаушы бөлікті-сызықты қисық 2-ні табамыз. Көріп тұрғанымыздай, біздің мысалда бұл қисық үш сызықты бөліктен тұрады. Сәйкес функционалды түрлендіргіш сұлбасы 14.2, б-суретінде көрсетілген.

2. Логарифмдік түрлендіргіштер

Логарифмдік түрлендіргіштер операционды күшейткіштер және жартылай өткізгіштік диодтар немесе триодтар негізінде құрылады. Бұл кезде осы өтпедегі U кернеуден р-n ауысу арқылы І тоғының тәуелділігі қолданылады.

мұндағы I_s— р-n ауысудың кері толу тоғы; q—электрон заряды (q*= =1,610^-19 Кл); k –Больцман тұрақтысы (k = 1.3810^-23Дж/К; Т — абсолютті температура. kT/q өлшем бірлігі 300 К болған кезде 26 мВ тең.

U  26 мВ болғанда теңдік бірлігін ескермеуге болады,сонда тоқты диод арқылы беру арқылы біз тоқ логарифміне пропорционал кернеуді аламыз:

14.2 –сурет Бөлікті-сызықты аппроксимация (а)

және оны құрайтын түрлендіргіш (б)

Өте аз тоқтардан өте үлкен тоқтарға дейін нақты диапазонда тәуелділік нақты орындалады ( I  I_s шарты орындалғанда) до больших токов. Диод сипаты экспонетке жақын жалпы қатысты диапазоны 10⁴—10⁵-не тең.

Логарифмдік түрлендіргішті құрған кезде диодты инвертирлеуші күшейткіштің кері байланысына қосады. Сәйкесінше күшейткіштің шығысытық кернеуі, өз алдына күшейкіштің кірістік кернеуінің логарифміне пропорционал болатын диодтағы кернеуге тең болады. Мұндай түрлендіргіштерде диодтармен қатар, база-эмиттер кернеуі мен коллектор тоғы арасындағы қатынасқа тәуелді болатын транзисторлар да қолданады.

Келтірілген формулалардан көретініміз р-n ауысудың вольт –амперлік сипаттамасы температураға тәуелді екені. Сондықтан температуралық қателікпен күрес логарифмдік түрлендіргіштердің дәл (нақты) жұмысын қамтамасыз ететін шарт болып табылады. Әдетте бұл мақсатта бірдей р-n ауысулардың дифференциалдық қосылуын қолданады, олардың біреуінде тоқ кіріс сигналымен анықталады, ал екіншісінде- тұрақты болып қалады.

Мысал ретінде 14.3-суретінде көрсетілген көбейткіштің сұлбасын қарастырайық. Бұл көбейкіште ОУ1 күшейткіштің шығыс кернеуі Т1 және Т2 транзисторларының база-эммитерлық кернеулердің айырмасымен анықталады. Бұл кезде транзисторлардың коллекторлық тоқтары ОУ1 және ОУ2 күшейткіштерімен қолдау алады, әрине сәйкес қатынастармен U₁ /R_{1 және} U₂ /R₂.

T1 және T2, ТЗ және Т4 транзисторлары бір интегралды сұлбасына кіреді,олардың параметрлерін бірдей есептеуге болады.

Т₃ транзисторының ауысуындағы база-эмиттерлік кернеуі осы жерден тауып алуға болады.

Т₄ транзисторының эмиттерына U_{вых1 және} U_БЭ3 кернеулерінің айырмасы беріледі. Т₄ транзисторының базасы жерлестірілгендігін біле отырып,

жаза аламыз

Сәйкесінше Т₄ транзисторының коллекторлік тоғы болады:

Шығыстық кернеуі ОУ4 нәтижесінде тең болады

Көріп отырғанымыздай, берілген жағдайда үш операционды күшейткіштер ОУ1—ОУЗ Т1 – Т3 _{транзисторлврымен бірге} логарифмдік түрлендіргіштер сұлбаларында қолданылады. Төртінші ОК (ОУ4) және транзистор Т4 антилогарифмдік түрлендіргіш құрайды.

14.3 –сурет. Логарифмді түрлендіргіштер негізінде жасалған сигналдарды көбейту-бөлу құрылғысының сұлбасы

Нәтижесінде құрылғы U₁, U₃ и сигналдарының көбейткіші ретінде қолданылады. Егер барлық транзисторлар бірдей болса және бірдей температурада орналасса, онда қоршаған температурасы осы көбейткіштің шығыс кернеуін өзгеріске келтіре алмайды.Құрылғы тек U₁, U₂, U₃,U_вых  0 болған кезде ғана жұмыс істей алады.

Тақырып 15. Өлшеу техникасында қазіргі электрондық құралдарды қолдану жетістіктері. (1 сағат)

Дәріс жоспары

1. Электрониканың қолданылуының перспиктивалық бағыты

2. Өлшеуіш техникадағы кейінгі электронды құрылғылардың қолдану перспиктивалары

1. Электрониканың қолданылуының перспиктивалық бағыты.

Микроэлектрониканың кейінгі кездегі даму деңгейі, белгілі сұлбалық шешімдерді қолдана отырып оларды жаңа деңгейде дамытуға көмектеседі. Миниатюризация электр сигналдарының түрлі түрленулерін төмендетуге көмектеседі. Мысалы әртүрлі фильтлар, генераторлар, беттік магнит толқындарының негізіндегі түрлендіргіштерді құру аз мөлшердегі, аз қателікті құрылғыларды алуға көмектеседі.

Микроэлектрониканың басқа даму бағыты болып сезімтал элементтерді және бір бұйымда бірнеше функциялврды біріктіре алатын алғашқы арнайы интегралды микросұлбалар негізіндегі түрлендіргіштерді шығару болып табылады. Бұл алғашқы түрлендіргіштерге жоғары сезімталдықты ғана бермей, электронды аппараттардың габариттерін азайтуға, оның бағасын азайтуға мүмкіндік береді

Мысалы микроэлектроника және интегралды магнитсезімталдық элементтер (магнит өрісі түрлендіргіштері) нәтижесінде жаңа ғылыми бағыт пайда болды - микромагнитоэлектроника. Микромагнитоэлектрониканың дамуы кейінгі магнитэлектроникалық аспаптар мен құрылғылар қайта өңдеу және өндіруге мүмкіндік береді.

Микроэлектрониканың басқа да бағыты кейінгі кездегі фотоэлектроника болып табылады.

2. Өлшеуіш техникада кейінгі электронды құрылғылырдың қолданылуы.

Электронды компоненттерді өндіру технологиясының жетілуіне байланысты, бұрында керекті дәлдікпен реализация жасауға мүмкіндігі болмаған өте көп сол немесе басқа физикалық өлшем бірліктерінің өлшеу принциптерінің реализация мүмкіндігі пайда болды. Бір жағынан бұл микропрцессорлі техниканың дамуымен байланысты. Белгілі тәуелділікті қолданып аз шығынмен сигналдардың әртүрлі өңдеуін жасау мүмкіндігі пайда болды. Бұл сандық техниканың мақсаттары. Осыған байланысты аналогті техниканың мақсаты болып, алғашқы электр сигналына берілген дәлдігімен физикалық өлшем бірлігінің түрленуі қала береді.

Ұсынылатын әдебиеттер тізімі

1. Павлов В. Н., Ногин В. Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств: Учебник для вузов. – М.: Горячая линия–Телеком, 2001. – 320 б.

2. Валенко В. С. Полупроводниковые приборы и основы схемотехники электронных устройств – М., Издательский дом "Додека-XXI", 2001.

3. Алексеенко А. Г. Основы микросхемотехники. – М., ЮНИМЕДИАСТАЙЛ, 2002.

4. Операционные усилители и компараторы. Справочник. – М., Издательский дом "Додэка - XXI", 2002.

СӨЖ үшін арналған тапсырмалар

Келесі сұрақтарға жауап беру:

1. Кейінгі уақыттағы электрониканың даму бағыты?

2. Кейінгі кездегі электрониканың жетістіктері өлшеуіш техникада қалай қолданылады?