2. Схемы инвертирующего и неинвертирующего усилителей на оу
Введение отрицательной обратной связи (ООС) с выхода усилителя на его инвертирующий вход позволяет жестко задавать и контролировать коэффициент усиления с помощью внешних резисторов.
А. Инвертирующий усилитель (Inverting Amplifier)
Принцип: Входной сигнал подается через резистор \(R_{i}n\) (или \(R_{1}\)) на инвертирующий вход (-). Неинвертирующий вход (+) соединяется с землей. Между выходом и инвертирующим входом включается резистор обратной связи \(R_{f}\) (или \(R_{2}\)).
Особенность: Выходной сигнал инвертирован по фазе относительно входного. Входное сопротивление схемы невысокое и практически равно величине резистора \(R_{i}n\).
Формула коэффициента усиления: \(K_{u}=-\frac{R_{f}}{R_{in}}\)
Б. Неинвертирующий усилитель (Non-Inverting Amplifier)
Принцип: Входной сигнал подается напрямую на высокоомный неинвертирующий вход (+). Делитель обратной связи на резисторах \(R_{1}\) и \(R_{f}\) подключается между выходом, инвертирующим входом (-) и землей.
Особенность: Выходной сигнал совпадает по фазе со входным. Входное сопротивление схемы стремится к бесконечности (определяется внутренним входным сопротивлением самого ОУ), что делает схему идеальным буфером.
Формула коэффициента усиления:
инвертирующий
и неинвертирующий усилители на ОУ
9. Основы цифровой электроники [+]
9.1 Преимущества цифровой обработки Высокая помехоустойчивость, точность, возможность программного управления, лёгкость хранения и передачи информации, возможность интеграции.
9.2 Ключевой режим транзистора Транзистор работает в двух состояниях:
насыщение (ключ замкнут, падение напряжения мало);
отсечка (ключ разомкнут, ток практически равен нулю).
На комплементарных транзисторах (КМОП) строят логические элементы с очень малым потреблением в статическом режиме.
1. Электронный ключ на биполярном транзисторе (bjt Switch)
Ключ на биполярном транзисторе (чаще всего структуры NPN) работает в двух крайних режимах: отсечки (транзистор полностью закрыт) и насыщения (транзистор полностью открыт). [1, 2]
Принцип работы: Нагрузка (например, реле, мотор или лампа) включается в цепь коллектора. [1]
Управление: Входное управляющее напряжение подается на базу транзистора через токоограничивающий резистор \(R_{B}\), который задает нужный ток базы для гарантированного открытия ключа. [1, 2]
Состояния: Когда \(U_{вх} = 0\), ток базы отсутствует, транзистор закрыт, и всё напряжение питания падает на переходе коллектор-эмиттер (\(U_{вых} \approx E_к\)). При подаче достаточного напряжения на вход транзистор открывается «до насыщения», и напряжение на нагрузке становится близким к полному напряжению питания, а на самом транзисторе падает минимум (\(U_{кэ} \approx 0.1\text{--}0.2\text{ В}\)). Схема работает как логический инвертор «НЕ»
ключ на биполярном транзисторе
2. Кмоп-инвертор (cmos Inverter)
КМОП-инвертор — это фундаментальный кирпичик всей современной микропроцессорной цифровой логики. Он строится на комплементарной (дополняющей) паре полевых транзисторов с изолированным затвором (МОП/MOSFET): одном верхнем P-канальном и одном нижнем N-канальном. [1, 2, 3, 4]
Принцип работы: Затворы обоих транзисторов объединены и подключены к общему входу (\(V_{in}\)), а их стоки соединены и образуют выход (\(V_{out}\)). [1]
Состояния:
При низком уровне на входе («0») N-канальный транзистор закрывается, а P-канальный открывается, жестко подтягивая выход к шине питания \(V_{DD}\) (на выходе «1»).
При высоком уровне на входе («1») P-канальный транзистор закрывается, а N-канальный открывается, соединяя выход с «землей» (на выходе «0»). [1, 2, 3]
Главный плюс КМОП: В любом из статических состояний один из транзисторов всегда полностью заперт. Из-за этого ток от источника питания на землю практически не течет, а энергия потребляется схемой только в короткий момент переключения
КМОП-инвертор
9.3 ЦАП и АЦП ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь) — преобразует цифровой код в аналоговое напряжение/ток. АЦП (аналого-цифровой преобразователь) — преобразует аналоговый сигнал в цифровой код. Основные характеристики: разрядность, быстродействие, погрешность.
9.4 Логические элементы Основные базисы:
И, ИЛИ, НЕ;
И-НЕ, ИЛИ-НЕ (функционально полные системы).
Технологии: ДТЛ, ТТЛ, КМОП, ЭСЛ.
1. ДТЛ — Диодно-транзисторная логика
Что это: Старейшая технология, в которой логические операции (например, «И», «ИЛИ») выполняются на диодных сборках, а инвертирование и усиление сигнала на выходе — на биполярном транзисторе.
Особенности: На сегодняшний день морально устарела. Микросхемы ДТЛ были медленными, потребляли много энергии и занимали много места, но именно они стояли в первых компьютерах и ЭВМ 1960-х годов.
2. ТТЛ — Транзисторно-транзисторная логика
Что это: Эволюция ДТЛ, где диоды на входе заменили на специальный многоэмиттерный транзистор. Схема стала полностью транзисторной.
Особенности: Самая культовая технология 1970–1980-х годов (знаменитые советские микросхемы серии К155 или зарубежная серия 7400). ТТЛ гораздо быстрее, чем ДТЛ, но имеет существенный минус: она постоянно потребляет ток, даже когда микросхема просто «ждет» и ничего не переключает. Из-за этого чипы ТТЛ сильно греются.
Модификация: Существует серия ТТЛШ (ТТЛ с диодами Шоттки), которая работает в разы быстрее обычной ТТЛ.