1)Инвертирующие.

2)Не инвертирующие.

Основные параметры Операционных усилителей:

1)Основной параметр Операционных усилителей это коэффициент усиления. Один каскад Операционного усилителя даёт коэффициент усиления около 2000. Для увеличения коэффициента усиления необходимо 2 – 3 каскада Операционного усилителя. Однако с увеличением количества каскадов коэффициент усиления падает с увеличением частоты входного сигнала. Каждый каскад на высокой частоте вносит фазовый сдвиг 90 градусов, поэтому фазо-частотная характеристика Операционных усилителей даёт запаздывание по фазе на n*90 градусов, где n – количество каскадов. На некоторой высокой частоте суммарный сдвиг фаз в Операционных усилителях замкнутой петлёй отрицательно обратной связи достигает 360 градусов. Если на этой частоте произведение коэффициента К на В превышает 1 то схема самовозбуждается. Для стабилизации Операционного усилителя требуется коррекция амплитуды частотной характеристики. Для стабилизации Операционного усилителя внутренние нагрузки ёмкости небольшого наминала. Для стабилизации 3х каскадного Операционного усилителя применяются 2 – 3 внешних RC звена коррекции.

2)Частота- это максимально реализуемая для данного Операционного усилителя полоса усиления.

3)Входное сопротивление.

Различают 2 составляющие входного сопротивления.

А) Дифференциальное входное сопротивление. Это сопротивление между входами Операционного усилителя.

Б) Синфазное входное сопротивление – это сопротивление между каждым входом и землёй.

Для Операционного усилителя на биполярном транзисторе входное сопротивление зависит от уровня входного тока и температуры.

Не инвертирующий Операционный усилитель с обратной связью.

Введение отрицательно обратной связи позволяет стабилизировать коэффициент усиления.

Инвертирующие Операционные усилители.

В отличии от не инвертированных Операционных усилителей с обратной связью в инвертирующем Операционном усилителе сигнал подаётся на инверсный вход, и при усилении сигнала он изменяет свою полярность на 180 градусов. В инвертирующем Операционном усилителе входной сигнал и сигнал отрицательно обратной связи подаются на инверсный вход где происходит алгебраическое сложение токов, то есть в данном Операционном усилителе действует параллельно отрицательно обратная связь по току.

В инвертирующем Операционном усилителе с отрицательно обратной связью коэффициент усиления уменьшается, но при этом он зависит от отношения Roc к R1 поэтому его стабильность высока. За счёт введения отрицательно обратной связи линейный участок передаточной характеристики расширяется, за счёт чего сигнал большой амплитуды передаётся без искажений.

Автогенераторы.

Генератором называется электронное устройство, с помощью которого осуществляется преобразование энергии постоянного тока в энергию переменного тока различной формы. Существуют различные генераторы гармонических колебаний и релаксационных. Они подразделяются:

1)Низкочастотные.

2)Высокочастотные.

3)Сверхвысокочастотные.

При отсутствии сигнала на входе усилительного каскада наблюдаются колебания на его входе т.е. усилитель превращается в генератор.

Генератор работает следующим образом: после включения питания появляется выходное напряжение, это напряжение усиливается, и через цепь обратной связи подаётся в фазе на вход усилителя. Происходит самовозбуждение генератора, а напряжение на выходе усилителя растёт до тех пор, пока транзистор не закроется, затем рост напряжения прекратится и генератор перейдёт в стационарный режим работы.

Условие устойчивости режима работы автогенератора:

1)Условие баланса амплитуд.

2)Условие баланса фаз.

Генераторы гармонических колебаний. LC-генераторы.

Автогенератор представляет собой однокаскадный усилитель, в котором в качестве цепи положительной отрицательной обратной связи применяется контур, настроенный на резонансную частоту. После включения источника питания в контуре возникают колебания тока, которые усиливаются транзистором, эти колебания через коллекторную катушку вновь возвращаются в колебательный контур. Размах колебаний постепенно увеличивается. По достижению режима отсечки и насыщения, наступают стационарные колебания. Условия баланса амплитуд выполняются пополнением энергии контура энергией источника питания через Lк.

Недостатки LC-генератора:

1)Зависимость частоты генератора от температуры.

2)Механические воздействия.

3)Изменение режима работы.

RC-генераторы.

RC-генератор используют для получения гармонических колебаний низкой частоты. RC-генератор имеет высокую стабильность частоты за счёт резисторов и конденсаторов с хорошей стабильностью параметров, малую потребляемую мощность и небольшие габаритные размеры. Генератор содержит усилитель и цепь положительно обратной связи, являются частотно – зависимой RC-цепью. Входное и выходное напряжения сдвинуты по фазе на 180 градусов.

Резонансная частота, при которой угол сдвига фаз = 180 градусов называется квазирезонансной частотой.

Для устранения искажений генерируемых колебаний на частотах близких к резонансной вводится последовательная отрицательно обратная связь по току, для чего убирается конденсатор.

LC генератор на операционном усилителе.

Схема LC генератора на операционном усилителе.

Схема LC генератора выполнена на не инвертирующем операционном усилителе. Поскольку не инвертирующий операционный усилитель имеет малое входное усиление то колебательный LC контур подключается ко входу операционного усилителя по входу обратной связи.

На резонансной частоте колебательный контур имеет большое параллельное сопротивление и не шунтирует. При этом глубина положительно обратной связи становится больше глубины обратной связи. При отклонении частоты от резонансной сопротивление контура уменьшается и принимает реактивный характер, что приводит к уменьшению коэффициента усиления. Под воздействием температуры за счёт изменения режимов работы и параметров элементов и схемы.

RC генераторы на операционном усилителе.

В RC генераторах в качестве частотно избирательных цепей используются цепи обратной связи, состоящие из конденсаторов и резисторов. В генераторах RC типа могут использоваться усилительные каскады на инвертирующем или не инвертирующем операционном усилителе. В схеме на инвертирующем операционном усилителе RC цепь обратной связи должна обеспечивать фазовый сдвиг обратной связи, а на не инвертирующий фазовый сдвиг должен быть =0. В схеме RC генератора на инвертирующий операционный усилитель цепи положительно обратной связи использована 3х звенная RC цепь. Каждое звено цепи на частоте генерации обеспечивает сдвиг фазы на 60% в сумме сдвиг фаз=180 градусов. Обычно в RC генераторах сопротивление резисторов одинаково. Ёмкости генераторов также равны. Регулировка коэффициента усиления в операционном усилителе осуществляется за счёт изменения глубины отрицательно обратной связи, с помощью R обратной связи. Глубокая отрицательно обратная связь применяется для улучшения формы синусоидальных колебаний и снижения влияния элементов схемы на работу устройства.

Средства отображения информации.

В средствах отображения информации применяются новейшие достижения электроники (СОИ).

СОИ рассматривается как совокупность средств регистрирующее воспроизведение и наглядного воспроизведения.

К средствам наглядного воспроизведения относятся средства отображения информации.

Средства наглядного отображения информации отличаются большим разнообразием технических и эксплатуционных характерных способов реализации и областей применения. По назначению СНОИ делятся на средства индивидуального и коллективного пользования. Основу устройств отображения информации составляет индикаторное устройство, предназначенное для преобразования эл. сигналов в видимую форму. Индикаторные приборы классифицируются по физическим явлениям.

Различают:

1)Накальные индикаторы – в них используют свечение нитей накаливания.

2)Электролюминесцентные – используют свечение кристаллических веществ под воздействием электрического поля.

3)Электроннолучевые, вакумнол-юминесцентные - используют свечение люминофора при бомбардировке электронами.

4)Газоразрядные индикаторы – свечение газа.

5)Полупроводниковые индикаторы – используют излучение квантов света при рекомбинации неосновных носителей зарядов в р/n переходы.

6)Жидкокристаллические индикаторы – используют изменение оптических свойств жидких кристаллов под воздействием эл. поля.

Полупроводниковые знакосинтезирующие индикаторы.

В полупроводниковых знакосинтезирующих индикаторах используются светодиоды. Светодиоды представляют собой р/n переход излучающий свет при прохождении через него прямого тока. При приложении к р/n переходу прямого напряжения инжектируемые носители попадая в область перехода где они являются не основными. В процессе рекомбинации осуществляется преобразование эл. энергии в световую р/n перехода.

Светодиодные матрицы.

Светодиодные матрицы имеют в основном сегментную или точечную структуру, большинство из них одноразрядные. Наибольшее распространение получили семи сегментные матрицы. В их состав входят 8 сегментов – 7 для формирования цифр и некоторых букв, и 1 для точки при выполнении математических операций. Индикаторы построенные на светодиодных матрицах служат для отображения цифровой информации. Они применяются в микрокалькуляторах, в учебных и управляющих микро ЭВМ. Знак на светодиодной матрице с общим катодом формируется следующим образом: при выдаче кода соответствующей цифры из микро ЭВМ, он поступает на дешифратор преобразующий двоичный код в набор из 7 сигналов подаваемых на матрицу. Для того чтобы нужный диод светился на его вход подаётся сигнал.

Жидкокристаллические индикаторы.

Жидкокристаллические индикаторы (ЖКИ) принципиально отличаются от всех других тем, что не излучают собственный свет, а преломляют падающий или проходящий сквозь них свет. Поэтому для использования ЖКИ необходим внешний источник света. Основой этого вида индикаторов служат жидкокристаллические вещества, обладающие свойствами жидкости и имеющие кристаллическую молекулярную структуру. При этом структура такого вещества под воздействием электрического поля, ультразвука. В ЖКИ используется изменение структуры вещества под воздействием электрического поля, сопровождаемого изменением коэффициента преломления света.

По своей конструкции ЖКИ подобен конденсатору, в котором между двумя стеклянными пластинами, внутренняя поверхность которых покрыта электропроводящим слоем (электродами), находится слой жидкокристаллического вещества толщиной 10 – 20 мкм. Один электрод обычно делают прозрачным, а другой – хорошо отражающим свет.

Вся конструкция герметизируется. Под воздействием переменного напряжения 10 – 20В, приложенного между электродами, изменяются преломляющие свойства жидкокристаллического вещества, уменьшается его прозрачность. Если прозрачные электроды выполнить в виде сегментов, то подавая напряжение между отражающим электродом и соответствующим сегментом, можно получить тёмные знаки на светлом фоне. Промышленность выпускает ЖКИ сегментного типа, позволяющие синтезировать цифры от 0 до 9, буквы и другие знаки и имеющие от 1 до 23 знакомест. ЖКИ находит широкое применение в часах, микрокалькуляторах, измерительных приборах. Их достоинства – малая мощность потребления и большой срок службы. Мощность потребления – наименьшая из всех видов индикаторов. По электрическим параметрам ЖКИ согласуется с микросхемами, выполненными по МОП – технологии. Основные недостатки ЖКИ – необходимость во внешнем источнике света и узкий диапазон рабочих температур.

Формирователи импульсов на диодных ключах.

Схема последовательного диодного ключа с нулевым уровнем включения.

Схема последовательного диодного ключа с ненулевым уровнем включения.

Схема параллельного диода с нулевым уровнем включения.

Схема параллельного диода с ненулевым уровнем включения.

Транзисторные ключи.

Закрытый биполярный транзистор имеет большое сопротивление размыкания, а открытый малое сопротивление размыкания. Когда транзистор закрыт, к переходу эмитора и базы приложен обратный ток. В цепи коллектора протекает малый ток.

С увеличением амплитуды входного сигнала коллекторное напряжение будет не именным и равным напряжению насыщения. В качестве транзисторного ключа в замкнутом состоянии оценивают по значению остаточного напряжения. С момента окончания импульса на выходе импульс исчезает не сразу, это время зависит от времени жизни не основных зарядов в области базы постоянного времени.

Мультивибраторы.

Мультивибратором называется устройство которое состоит из 2х транзисторных ключей, охваченных положительно обратной связью, и преобразует постоянный ток источника питания в импульс тока.

Принцип работы:

В исходном состоянии когда подключон источник питания, допустим что открыт транзистор VT1 а VT2 закрыт. Открытое состояние VT1 поддерживается положительным потонциалом левой пластины конденсатора C2, а закрытое состояние VT2 отрицательным потонцеалом правой пластины С1. Одновременно происходит перезарядка конденсаторов C1 и C2. После перезарядки конденсаторов происходит лавинный процесс и VT1 закрывается, а VT2 открывается.

Мультивибратор на операционном усилителе.

Схема мультивибратора выполнена на основе инвертирующего тригера Шмитта в котором отрицательно обратная связь осуществляется через фильтр низкой частоты в виде RC-цепи. Допустим, что тригер занял определённое состояние и на его выходе напряжение = U вых. max. Тогда напряжение на инвертирующем входе отрицательное, а на прямом положительное. Напряжение на конденсаторе возрастает т.к. он перезаряжается через резистор R и напряжение на нём стремится к U вых. max, когда U на конденсаторе достигнет уровня U выкл. Выходное напряжение скачком изменится до U вкл. Как только напряжение на конденсаторе станет равным U вкл., триггер скачком поменяет своё состояние. Процесс переодически повторяется.

Одновибратор на биполярных транзисторах.

Схема одновибратора состоит из двух электронных транзисторных ключей охваченных положительной обратной связью .

В исходном состоянии на базу транзистора VT1 через резистор Rб подаётся запирающее напряжение от источника питания Fб. Транзистор VT1 закрыт. Транзистор VT2 открыт. Открытое состояние транзистора VT2 поддерживается положительным потонциалом конденсатора C1. С приходом импульса запуска отрицательной полярности, транзистор VT2 закрывается, а VT1 открывается. C1R1 – времязадающая цепь, которая определяет длительность импульса. Изменяя сопротивление R1 и ёмкость C1 можно регулировать длительность импульса.

Схема одновибратора на операционном усилителе.

Схема одновибратора на операционном усилителе отличается от схемы мультивибратора наличием прямого входа через конденсатор C1 и диода VD, включённого паралельно C1. В исходном состоянии триггер Шмитта занимает определённое устойчевое состояние. Допустим что на его выходе U вых. Min тогда на инверсном входе отрицательное напряжение равное прямому напряжению диода и близко к 0. На прямом входе напряжение отрицательное и равно U+. При поступлении на прямой вход операционного усилителя положительного импульса амплитуда которого больше отрицательного напряжения на прямом входе, триггер скачком переходит в противоположное состояние, и выход напряжения становится = U вых. max. Конденсатор C1 начинает заряжаться через R, при этом напряжение на нём стремиться к U вых. max по экспоненте. Как только напряжение на конденсаторе станет равным напряжению выключения, происходит обратное переключение триггера, а конденсатор перезаряжается от напряжения выключения до 0. И дальнейшего изменения напряжения конденсатора не происходит.

Генераторы линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН).

Линейно изменяющимся напряжением называется импульсное напряжение которое в течении некоторого времени изменяется по линейному закону, а затем возвращается в исходное состояние.

Параметры: период, длительность рабочего хода, длительность обратного хода, амплитуда, коэффициент не линейности.

Схема ГЛИН на биполярном транзисторе.

В данной схеме в исходном состоянии транзистор открыт, то есть находится в режиме насыщения, что обеспечивается выбором сопротивлений Rk и Rб. Под воздействием входного импульса транзистор закрывается от источника питания R. Напряжение конденсатора изменяется по экспоненте. По окончании входного импульса транзистор открывается и переходит в режим насыщения, конденсатор С разрежается через открытый транзистор. Используя начальный участок экспоненты, линейность которого высока можно получить импульс с малым коэффициентом не линейности.

Недостатки:

1)Большой коэффициент не линейности импульса.

2)Малое отношение Um к Ek амплитудного значения.

Схема ГЛИН на операционном усилителе.

В исходном состоянии тиристор заперт опорным напряжением, подаваемым на управляющий электрод. На вход операционного усилителя подаётся постоянное напряжение. Когда входное напряжение превысит опорное напряжение тиристора, тиристор откроется и конденсатор разрядится через него. Как только напряжение на конденсаторе станет меньше опорного напряжения тиристора, тиристор закроется. И процесс зарядки конденсатора постоянным током повторится.