Операційний підсилювач і компаратор в аналогових мікросхемах

Мікросхеми в загальних рисах

Твердотільні електронні компоненти з нелінійними вольт - амперних характеристиками прийшли на зміну електронним лампам відносно недавно. Але незабаром з`явилися лазери. Вони дозволили так обробити кристал напівпровідника, що на ньому виходила ціла електронна схема. Її сверхмалі розміри зумовили назву для неї - «мікросхема». Загальна основа всіх компонентів мікросхеми надає всім її елементам термальне взаємодія.

В результаті робота самої електронної схеми виходить більш ефективною, ніж при її виконанні на дискретних твердотільних елементах. В результаті лазерних технологій з`явилися аналогові і цифрові мікросхеми. Далі мова піде про аналогових мікросхемах. Їх головна особливість полягає в обробці вхідних даних в реальному часі. Виникає при цьому тимчасова затримка між вхідним і вихідним сигналами визначать швидкодію мікросхеми.

До аналоговим мікросхем відносяться:

• компаратор;
• операційний посилювач.

Операційний посилювач

Посилення даних з мінімальними спотвореннями це одне з основних призначень операційного підсилювача. Для цього необхідні такі параметри:

• вхідний опір, що не послаблює вхідні амплітуду;
• малий рівень власних шумів;
• великий коефіцієнт підсилення;
• здатність до посилення широкої смуги частот;
• однаковість посилення даних різної частоти;
• мале значення нелінійних спотворень в робочій смузі частот;
• прийнятна потужність на виході.

На принципових електричних схемах можуть бути такі позначення операційного підсилювача:

Збільшення амплітуди на неінвертуючий вході викликає збільшення амплітуди на виході. Збільшення амплітуди на вході інвертується викликає зменшення амплітуди на виході. Напруга біполярного харчування зазвичай не перевищує 15 вольт для кожного плеча.

На друкованій платі операційний підсилювач виглядає так:

Корпус із пластику може бути і довшим і з великою кількістю ніжок.

Особливістю операційного підсилювача є побудова його входів за схемою диференціального каскаду:

Вхід на біполярних транзисторах (на зображенні вище позначення a)) виходить менш шумливим, але з меншим вхідним опором. Для отримання великого вхідного опору застосовуються польові транзистори (на зображенні вище позначення b)).

За своїм призначенням операційні підсилювачі можна розділити на такі групи:

• широкого застосування;
• високостабільні (прецизійні);
• широкосмугові (швидкодіючі);
• економічні (з мінімальною споживаної потужністю).

Підсилювальні властивості залежать від глибини негативного зворотного зв`язку. З цим параметром також пов`язані спотворення сигналу, який обробляє операційний підсилювач. При неправильному виборі входу і глибини зворотного зв`язку можуть бути небажані ефекти, наприклад, такі як генерування не потрібних частот.

На основі операційного підсилювача і додаткових елементів можна не тільки посилювати різні сигнали, але і вирішувати математичні дії. При цьому з нього можна отримати:

• суматор;
• інтегратор;
• дифференциатор;
• умножитель.

компаратор

Якщо в операційному підсилювачі буде відсутній негативний зворотний зв`язок, він перетвориться на подобу компаратора. Будь-який сигнал на його вході буде перетворюватися в імпульси прямокутної форми з такою ж періодичністю як у вхідного сигналу. Чим ширше смуга частот, яку здатний обробити операційний підсилювач, тим ближче він до «професійного» компаратору. Найкращий компаратор забезпечує найбільшу величину dU / dt на своєму виході при будь-якій величині вхідної амплітуди.

Операційні підсилювачі широко застосовуються в схемах підсилювачів звукової частоти, вимірювальних приладах, джерелах живлення. Компаратори входять до складу електричних схем для перетворення аналогових даних в цифровий код.