34. Қуат күшейткіштері. Операциялық күшейткіштердің дифференциалды каскады

Күшейткіштік каскадтардың параметрлері мен сипаттамалары неғұрлым кең аралық қамтитын болса, онда солғұрлым әртүрлі мақсаттағы электрондық құрылғыларда қолданымды келеді. Осындай әмбебаб күшейткіштік құрылымды элементке операциялық күшейткіш жатады. Операциялық күшейткіштің жиілік бойынша жұмыс істеу аралығы кең, күшейткіш коэффициенттері өте жоғары, кірмелік кедергісі өте үлкен де, ал шықпалы кедергісі аз болып келеді. Операциялық күшейткішке мұндай қасиеттерді оның құрамына кіретін симметриялы немесе бейсимметриялы дифференциалдың каскадтар мен коллектор ортақ каскад және басқа қосымша элементтер қамтамасыз етеді.

Операциялық күшейткіштер аналогтық есептеу машиналарында және автоматты басқару қондырғыларда кеңінен қолданылады. Мұндай олар негізінен математикалық амалдарды (қосу, алу, интегралдау және т.б.) орындау үшін пайдаланылады.

Сурет 11.1 - Операциялық күшейткіштің шартты белгісі (а) мен

сумматордың схемасы (б)

11.1,б-суретте үш кірмелі сумматордың, яғни кірмеге берілген сигналдардың қосындысын анықтауға мүмкіндік беретін құрылғының схемасы келтірілген. Операциялық күшейткіштің кірмелік кедергісі өте үлкен болатындықтан оның ішкі тогы өте аз болады. Сондықтан келтірілген схема үшін Кирхгофтың бірінші заңы бойынша

i₁+ i₂+ i₃+ i_к=0 (11.1)

Кірмелердің арасындағы кернеулерді нолге тең деп алса, кірмелік токтар

ал кері байланыс тогы

мұндағы R_к -кері байланыс тізбегінің кедергісі.

Токтардың осы мәндерін (11.1) өрнегіне қойса, шықпалық кернеу

(11.2)

Бұл өрнек қарастырып отырған тізбектің қосу амалын орындайтынын көрсетеді. Кірмелік кернеулер төңкергіш кірмеге берілгендіктен шықпалық кернеудің полярлығы кірмелік кернеулердің полярлығына қарама-қарсы болады.

11.2,а-суретте шегіргіштің яғни кірмеге берілген сигналдардың айырымын табуға мүмкіндік беретін операциялық күшейткіштің схемасы келтірілген. Егер шықпалық кернеуді беттестіру әдісіне сүйене отырып табатын болса, онда

(11.3)

мұндағы , - бірінші және екінші кірмелік кернеулер ( _{кр1, кр2}) тудыратын жекеше шықпалық кернеулер.

Сурет 11.2 - Шегергіш (а) пен интегратордың (б) схемалары

Жекеше шықпалық кернеулер мына өрнектермен анықталады:

(11.4)

(11.5)

Жекеше шықпалық кернеулердің осы мәндерін (11.3) өрнегіне қойса және R₁= R_3, R₂= R₄ деп алса, онда шықпалық кернеу

(11.6)

Бұл өрнек қарастырып отырған тізбектің азайту амалын орындайтынын көрсетеді. Мұнда тура кірмеге берілген сигналдан төңкергіш кірмеге берілген сигнал алынып қалып отырады.

Интеграторда (сурет 11.2,б) операциялық күшейткіштегі кері байланыс конденсатор арқылы іске асырылады. Операциялық күшейткіштің кірмелік кедергісі өте үлкен болатындықтан кері байланыс тогы шамамен кірмелік токқа тең деп алуға болады, яғни

(11.7)

Ал кірмелердің арасындағы кернеу өте аз болатындықтан оны ескермесе, шықпалық кернеуді конденсатордың кернеуіне тең деп алуға болады, яғни U_ш=U_с. Ендеше шықпалық кернеу

(11.8)

Бұл өрнек қарастырып отырған операциялық күшейткіштің интегралдау амалын орындауға мүмкіндік беретінін көрсетеді.

35. Электрлік тербелістер генераторы.

36. Синусоидалық тербелістер генераторы.

37. Автотербелісті және күтетін мультивибраторлар.

38. Логикалық элементтердегі генераторлар.

39. Кернеудегі сызықтық түрде өзгеретін генераторлар.

Әр түрлі электондық құрылғыларда периоды, жиілігі мен амплитудасы белгілі және оларды реттеп отыруға болатын белгілі бір пішінді импульсті сигналдар қолданылады. Осындай электрондық құрылғылардың бірі тік бұрышты импульсті сигналдардың генераторы - мультивибратор. Мультивибратор автогенератор немесе күтпек әлпілерінде жұмыс істейді. Автогенератор әлпінде мультивибратор корек көзіне қосылғаннан кейін-ақ оның ықпасында тік бұрыш пішінді импульсті кернеу пайда болады, ал күтпек әлпінде кірмесіне сигнал берілмейінше шықпасында кернеу пайда болмайды.

Енді автогенератор әлпінде мультивибратор жұмыс істеу тәртібі қарастыралық. Мультивибратор бірінің базасы екіншісінің коллекторымен конденсатор арқылы жалғанған екі каскадтан тұрады деуге болады (сурет 12.1). Мильтивибраторды корек көзіне қосқанда С₁ және С₂ конденсаторлар R_к1, R_к2 резисторлары және транзисторлардың базалары арқылы қорек көзінің кернеуіне дейін зарядталады. Әдетте R_к1= R_к2, С₁= С_2, R₁=R₂ етіп және жұмысқа бір типті транзисторлар таңдап алынады. Бірақ транзисторлардың параметрлері дәл бірдей болмайтындықтан бірі екіншісінен бұрын ашылады. Мысалы, VTI транзисторы ашық та VT2 транзисторы жабық делік. VT1 транзисторының кедергісі азаятындықтан С₁ конденсаторы R₁ резисторы және VT1 транзисторы арқылы зарядсыздана бастайды (сурет 12.1,б). Бұл кезде VT2 транзисторы базасының потенциалы эмиттерге қарағанда теріс мәнді болатындықтан нық жабық болады.

Сурет 12.1 - Автогенератор әлпіндегі мультивибратордың схемасы (а)

мен уақыттық диаграммалары (б)

Бірақ τ =R₁C₁ уақыт өткеннен кейін конденсатор толық зарядсызданып, VT2 транзисторының базасының потенциалы эмиттерге қарағанда оң мән қабылдайды да транзистор ашылады. R₂ резисторында кернеудің түсуінің көбейюіне байланысты С₂ конденсаторының VT1 транзисторының базасымен жалғанған астары эмиттеріне қарағанда теріс потенциал қабылдайды да VT1 транзисторы жабылып қалады. Енді С₂ конденсаторы R₂ резисторы және VT2 транзисторы арқылы зарядсыздана бастайды. Шамамен τ =R₂C₂ уақыттан кейін С₂ конденсаторы зарядсызданаданып, оның VT1 транзисторының базасымен жалғанған астары эмиттеріне қарағанда оң мәнді болады. Ендеше VT1 ашылады да, R₁ резисторында кернеудің түсуінің көбейюіне байланысты С₁ конденсаторының VT1 транзисторының базасымен жалғанған астары теріс потенциал қабылдайтындықтан VT2 транзисторы жабылып қалады. VT2 транзисторы жабылған кезде оның шықпасында кернеу пайда болады, ал ашық күйінде кернеуі 0-ге тең. Осылайша мультивибратор, шамасы корек көзінің кернеуіне жуық, импульсті кернеу тудырып тұрады.

Мультивибратордың күтпек әлпіндегі сұлбасы 12.2,а-суретте келтірілген. Жоғарыда айтылғандай, күтпек мультивибратордың кірмесіне сигнал бермей шықпасында кернеу пайда болмайды. Кірмелік сигнал жоқ кезде, яғни U_кр=0, VT1 транзисторы жабық та, VT2 транзисторы ашық. VT1 транзисторының жабық күйі R₁ және R₂ резисторларының кедергілерін базаның потенциалы эмиттердің потенциалынан төмен болатындай етіп таңдап алу арқылы қамтамасыз етіледі.

С₂ конденсаторы R_э, R_к1 резисторлары және VT2 транзисторы арқылы зарядталған. Егер VT1 транзисторының базасына теріс полярлы сигнал берсе (сурет 12.2, б), онда транзистор ашылады да, С₂ конденсаторы R_э, R₃ резисторлары және ашық VT1 транзисторы арқылы зарядсыздана бастайды.

Сурет 12.2 – Күтпек мультивибратордың сұлбасы (а) мен уақыттық диаграммалары (б)

R₃ резисторында кернеудің түсуінің өсуіне байланысты VT2 транзисторының базасының потенциалы эмиттердің потенциалынан жоғарылап кетеді де VT2 транзисторы жабылып қалады. С₂ конденсаторы зарядсызданып болғанда VT2 транзисторы ашылады, өйткені бұл кезде базаның потенциалы эмиттердің потенциалынан төмен болады. R₃ резисторымен ашық тұрған екі транзистордың тогы жүретіндіктен оның кернеуі R₂ резисторының кернеуінен артып кетеді. Осы себепті VT1 транзисторының базасының потенциалы эмиттердің потенциалынан жоғары болады да VT1 транзисторы жабылады, яғни бастапқы күйіне қайтып келеді. Осы күйінде ол кірмеге берілетін сигналды күтіп тұра береді. Тізбектің бастапқы күйіне қайтып келу уақыты конденсатордың зарядсыздану уақытымен, яғни шамамен τ =(R_э+R₃)C₂ конденсатордың зарядсыздану тұрақтысымен анықталады.