34 структура и основные параметры и характеристики операционных усилителей
СТРУКТУРА И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ
Общие сведения.Операционными усилителями (ОУ) называют широкий класс усилителей с гальваническими связями, работающих при наличии глубокой обратной связи. Эта обратная связь настолько велика, что параметры и характеристики устройства на ОУ практически полностью определяются видом ихарактеристиками элементов, входящих в цепь ОС.
Впервые ОУ были разработаны около 40 лет назад ипредназначались для выполнения некоторых математических операций (сложения, вычитания, интегрирования и др.) в аналоговых вычислительных машинах. В современных ЭВМ математические операции выполняются логическими (цифровыми) ИМС, а усилители с большим коэффициентом усиления и глубокими обратными связями для этих цепей не используются. Однако термин «операционные усилители» за ними сохранился.
Реализовать высококачественный ОУ на дискретных элементах — задача очень трудная, а для серийного производства почти неразрешимая. Поэтому широкое распространение получили лишь интегральные ОУ, стабильные параметры которых достигнуты благодаря обеспечению высокой симметрии плеч входящих в них балансных каскадов и повышению сложности электрической схемы.
Структура ОУ.Независимо от сложности принципиальной схемы почти все ОУ имеют структурную схему, показанную на рис. 7.13. Операционные усилители, построенные по такой структурной схеме, имеют два входа и один выход. По отношению к выходу один из входов является инвертирующим, другой — неинвертирующим. Наличие в ОУ инвертирующего и неинвертирующего входов значительно облегчает введение в него различных ОС и с их помощью реализацию различных функций.
Отклонения от данной структурной схемы носят непринципиальный характер. Например, могут быть три каскада усиления напряжения, схема защиты выхода от короткого замыкания и схема защиты входного каскада от перенапряжений.
Рис. 7.13. Структурная схема ОУ
Каскады усиления служат для обеспечения заданного коэффициента усиления. В современных ОУ коэффициент усиления составляет от единиц до десятков тысяч. Каскад сдвига уровня напряжения предназначен для исключения постоянной составляющей напряжения, которая возникает в ОУ при непосредственной связи между каскадами. Благодаря этому каскаду на выходе ОУ устанавливается нулевое напряжение при отсутствии сигналов на его входах.
Выходной (оконечный) каскад служит для получения малого выходного сопротивления ОУ в целях лучшего согласования ОУ с нагрузкой. Он выполняется по одно-тактной, а чаще всего — по двухтактной схеме. В некоторых ОУ в выходных каскадах предусмотрена схема защиты от перегрузок, с помощью которой ограничивается максимальный ток транзисторов выходного каскада.
Питание ОУ осуществляется от разнополярных источников, благодаря чему облегчается задача компенсации смещения нуля на выходе ОУ при отсутствии входных сигналов и исключается постоянная составляющая тока и напряжения в нагрузке. Для большинства современных ОУ напряжения питания можно изменять в широких пределах: от ±3 до ±15 В (важно лишь, чтобы по абсолютному значению напряжения «положительного» и «отрицательного» источников оставались одинаковыми).
Для обеспечения устойчивости в операционных усилителях широко используются частотно-зависимые обратные связи (цепи коррекции).
Хорошие шумовые свойства ОУ обеспечиваются специальными технологическими операциями при производстве транзисторов с минимальной площадью контакта р — n-переходов с поверхностью, уменьшением абсолютных размеров транзисторов, высококачественной изоляцией и использованием во входных каскадах полевых транзисторов.
Большинство интегральных ОУ изготовляют по полупроводниковой технологии (серии K140, К153, К553, К740, К744 и др.) и лишь некоторые — по гибридной (серии 284, 287).
Параметры и характеристики ОУ.Наиболее употребительные параметры интегральных ОУ:
коэффициент усиления напряжения Ку и,или коэффициент усиления диф- ференциального сигнала;
коэффициент усиления синфазных входных напряжений Ку.сф;
коэффициент ослабления синфазных входных сигналов Кос.сф;
напряжение смещения UCM— значение напряжения на входе ОУ, при котором выходное напряжение равно нулю;
входные токи Iвх1,Iвх2 и разность входных токов ΔIвх = |Iвх1– Iвх2|, определяемые в заданном режиме (обычно при uвых = 0).
Параметры UCM, Iвхи ΔIвх изменяются с изменением температуры. Поэтому эти параметры дополнительно характеризуются температурным дрейфом, который численно равен отношению отклонения соответствующего параметра от его значения при комнатной температуре к изменению температуры окружающей среды.
Кроме указанных параметров, свойства интегральных ОУ характеризуются выходным Iвых и потребляемым Iпот токами, входным Rвх и выходным Rвых сопротивлениями, максимальными и минимальными входными и выходными напряжениями и др.
Перечисленные параметры составляют группу так называемых статических параметров ОУ. Быстродействие ОУ характеризуется динамическими параметрами, основными из которых являются следующие:
верхняя граничная частота полосы пропускания fв, на которой коэффициент усиления ОУ уменьшается в √2 раз по сравнению с его значением при f = 0;
частота единичного усиления f1, на которой коэффициент усиления ОУ равен 1;
скорость нарастания выходного напряжения υивых> определяемая при подаче на вход ОУ напряжения прямоугольной формы с амплитудой, равной максимальному входному напряжению. Этот параметр выражают в вольтах на микросекунду (В/мкс).
Реакцию ОУ на воздействие ступенчатого входного
Рис. 7.14. Характеристики ОУ:
а — амплитудная; 6 — АЧХ
напряжения оценивают временем установления ty выходного напряжения (см. § 5.8).
Основными характеристиками ОУ являются амплитудная и амплитудно-частотная (рис. 7.14).
Основные параметры и характеристики ОУ
К основным параметрам ОУ, позволяющим сравнивать качество и возможности нескольких операционных усилителей, можно отнести:
— выходное сопротивление Rвых;
— скорость нарастания выходного напряжения VU вых;
— граничная частота полосы пропускания fгр;
— частота единичного усиления f1.
Как видно, система параметров, характеризующих ОУ, помимо параметров общих для усилителей любого типа включает в себя ряд специфических показателей, присущих только ОУ. Рассмотрим перечисленные параметры более подробно.
Коэффициент усиления напряжения KU0 характеризует способность ОУ усиливать подаваемый на его входы дифференциальный сигнал
. (3.2)
Напряжение смещения нуля Uсм – это такое значение входного дифференциального напряжения ( 
), при котором напряжение на выходе ОУ равно нулю. В реальных операционных усилителях даже при отсутствии входного напряжения, напряжение на выходе ОУ не равно нулю (то есть при Uвх = 0 Uвых ¹ 0). Это обусловлено, в основном, неидентичностью напряжений эмиттерных переходов транзисторов входного дифференциального усилителя.
Для того чтобы при нулевом сигнале на входе усилителя напряжение на его выходе также было равным нулю, предусматривают специальные меры по компенсации напряжения смещения (коррекция нуля, балансировка).
Типовые значения Uсм – 3 … 7 мВ (в отдельных ОУ может достигать 30 мВ).
Ток сдвига DIвх определяется разностью токов смещения входных транзисторов. Природа этого тока кроется, в основном, в неодинаковости коэффициентов передачи тока h21Э транзисторов входного каскада ОУ. Численно ток сдвига равен модулю разности входных токов усилителя:
. (3.3)
Различают два вида входных сопротивлений Rвх ОУ: входное сопротивление для дифференциального сигнала Rвх диф и входное сопротивление для синфазного сигнала Rвх сф. Rвх диф определяется как сопротивление между входами усилителя, а Rвх сф – как сопротивление между каждым из входов и общей шиной.
Типовые значения Rвх диф – единицы – сотни кОм (в ОУ с транзисторами супер-b или полевыми – до сотен МОм), Rвх сф – на несколько порядков выше, чем сопротивление для дифференциального сигнала.
Выходное сопротивление Rвых – это сопротивление усилителя, рассматриваемого как эквивалентный генератор. Определяется шунтированием цепи, подключенной к выходу ОУ при отсутствии обратной связи и составляет от 100 до 500 Ом.
Скорость нарастания выходного напряжения VU вых характеризует частотные свойства усилителя при его работе в импульсных схемах. Измеряется при подаче на вход ОУ напряжения ступенчатой формы. Численное значение VU вых может быть найдено как отношение приращения выходного напряжения ОУ к интервалу времени, за которое имеет место это приращение, при подаче на вход ОУ скачка напряжения. На практике используют понятие времени установления tуст – это временной интервал, в течение которого выходное напряжение ОУ изменяется от 10% до 90% от своих установившихся значений (наибольших значений). С учетом этого скорость нарастания выходного напряжения можно определить из выражения:
. (3.4)
Граничная частота полосы пропускания fгр – частота, на которой усиление ОУ без обратной связи составляет 0,707KU0, где KU0 – коэффициент усиления ОУ на постоянном токе. Типовые значения частот среза выпускаемых ОУ составляют десятки Гц – десятки кГц.
Частота единичного усиления f1 – это частота, на которой модуль коэффициента усиления ОУ равен единице. Обычно эта частота не превышает нескольких мегагерц.
К основным характеристикам ОУ относятся передаточная, амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики. Поскольку ОУ имеет два входа – инвертирующий и неинвертирующий, то в общем случае может быть построено две передаточных характеристики, соответственно, для инвертирующего и неинвертирующего входов. Но основное применение ОУ – усиление дифференциального входного сигнала ивх диф. С учетом этого под передаточной характеристикой понимают функцию вида ивых = f(ивх диф). Общий вид передаточной характеристики ОУ показан на рисунке 3.5.
Рисунок 3.5 – Типовая передаточная характеристика ОУ
Как видно из рисунка 3.5, максимальное напряжение на выходе ОУ (Uвых макс) всегда меньше напряжения источников питания. Передаточная характеристика может проходить как справа от нуля (как показано на рисунке), так и слева. Линейный участок на передаточной характеристике при изменении выходного напряжения от –Uвых макс до + Uвых макс называется областью усиления ОУ, а режим работы операционного усилителя, соответствующий области усиления, называется линейным режимом (режимом усиления). Диапазоны выходного напряжения вне области усиления называются областями насыщения. Поскольку обычно коэффициент усиления напряжения ОУ принимает достаточно большие значения, то при заданных напряжениях +Еп и –Еп диапазон значений напряжения ивх диф, который соответствует линейному режиму, оказывается очень ограниченным. Например, если напряжение питания ОУ равно ±15 В, коэффициент усиления напряжения KU0 = 100 000, то входное дифференциальное напряжение не может превышать значения 
мкВ.
Логарифмическая АЧХ (ЛАЧХ) и ФЧХ операционного усилителя имеют вид, представленный на рисунке 3.6. Спад ЛАЧХ в области высоких частот составляет около –20 дБ/дек.
Рисунок 3.6 – Типовые логарифмические АЧХ и ФЧХ операционного усилителя
Операционный усилитель
Что такое операционный усилитель
Операционный усилитель (ОУ) англ. Operational Amplifier (OpAmp), в народе – операционник, является усилителем постоянного тока (УПТ) с очень большим коэффициентом усиления. Словосочетание «усилитель постоянного тока» не означает, что операционный усилитель может усиливать только постоянный ток. Имеется ввиду, начиная с частоты в ноль Герц, а это и есть постоянный ток.
Термин «операционный» укрепился давно, так как первые образцы ОУ использовались для различных математических операций типа интегрирования, дифференцирования, суммирования и тд. Коэффициент усиления ОУ зависит от его типа, назначения, структуры и может превышать 1 млн!
Обозначение на схеме операционного усилителя
На схемах операционный усилитель обозначается вот так:
Чаще всего ОУ на схемах обозначаются без выводов питания
Итак, далее по классике, слева два входа, а справа – выход.
Вход со знаком «плюс» называют НЕинвертирующий, а вход со знаком «минус» инвертирующий. Не путайте эти два знака с полярностью питания! Они НЕ говорят о том, что надо в обязательном порядке подавать на инвертирующий вход сигнал с отрицательной полярностью, а на НЕинвертирующий сигнал с положительной полярностью, и далее вы поймете почему.
Питание операционных усилителей
Давайте представим себе батарейку
Думаю, все вы в курсе, что у батарейки есть “плюс” и есть “минус”. В этом случае “минус” батарейки принимают за ноль, и уже относительно нуля считают напряжение батарейки. В нашем случае напряжение батарейки равняется 1,5 Вольт.
А давайте возьмем еще одну такую батарейку и соединим их последовательно:
Итак, общее напряжение у нас будет 3 Вольта, если брать за ноль минус первой батарейки.
А что если взять на ноль минус второй батарейки и относительно него уже замерять все напряжения?
Вот здесь мы как раз и получили двухполярное питание.
Идеальная и реальная модель операционного усилителя
Для того, чтобы понять суть работы ОУ, рассмотрим его идеальную и реальную модели.
1) Входное сопротивление идеального ОУ бесконечно большое.
В реальных ОУ значение входного сопротивления зависит от назначения ОУ (универсальный, видео, прецизионный и т.п.) типа используемых транзисторов и схемотехники входного каскада и может составлять от сотен Ом и до десятков МОм. Типовое значение для ОУ общего применения – несколько МОм.
2) Второе правило вытекает из первого правила. Так как входное сопротивление идеального ОУ бесконечно большое, то входной ток будет равняться нулю.
На самом же деле это допущение вполне справедливо для ОУ с полевыми транзисторами на входе, у которых входные токи могут быть меньше пикоампер. Но есть также ОУ с биполярными транзисторами на входе. Здесь уже входной ток может быть десятки микроампер.
3) Выходное сопротивление идеального ОУ равняется нулю.
Это значит, что напряжение на выходе ОУ не будет изменяться при изменении тока нагрузки. В реальных ОУ общего применения выходное сопротивление составляет десятки Ом (обычно 50 Ом).
Кроме того, выходное сопротивление зависит от частоты сигнала.
4) Коэффициент усиления в идеальном ОУ бесконечно большой. В реальности он ограничен внутренней схемотехникой ОУ, а выходное напряжение ограничено напряжением питания.
5) Так как коэффициент усиления бесконечно большой, следовательно, разность напряжений между входами идеального ОУ равняется нулю. Иначе если даже потенциал одного входа будет больше или меньше хотя бы на заряд одного электрона, то на выходе будет бесконечно большой потенциал.
6) Коэффициент усиления в идеальном ОУ не зависит от частоты сигнала и постоянен на всех частотах. В реальных ОУ это условие выполняется только для низких частот до какой-либо частоты среза, которая у каждого ОУ индивидуальна. Обычно за частоту среза принимают падение усиления на 3 дБ или до уровня 0,7 от усиления на нулевой частоте (постоянный ток).
Схема простейшего ОУ на транзисторах выглядит примерно вот так:
Принцип работы операционного усилителя
Давайте рассмотрим, как работает ОУ
Давайте рассмотрим этот принцип в симуляторе Proteus. Для этого выберем самый простой и распространенный операционный усилитель LM358 (аналоги 1040УД1, 1053УД2, 1401УД5) и соберем примитивную схему, показывающую принцип работы
Подадим на НЕинвертирующий вход 2 Вольта, а на инвертирующий вход 1 Вольт. Так как на НЕинвертирующем входе потенциал больше, то следовательно, на выходе мы должны получить +Uпит. Мы получили 13,5 Вольт, что близко к этому значению
Но почему не 15 Вольт? Виновата во всем сама внутренняя схемотехника ОУ. Максимальное значение ОУ не всегда может равняться положительному либо отрицательному напряжению питания. Оно может отклоняться от 0,5 и до 1,5 Вольт в зависимости от типа ОУ.
Давайте теперь на инвертирующий вход подадим потенциал больше, чем на НЕинвертирущий. На инвертирующий подаем 2 Вольта, а на НЕинвертирующий подаем 1 Вольт:
Чтобы не качать лишний раз программный комплекс Proteus, можно в онлайне с помощью программы Falstad сэмулировать работу идеального ОУ. Для этого выбираем вкладку Circuits—Op-Amps—>OpAmp. В результате на вашем экране появится вот такая схемка:
На правой панели управления увидите бегунки для добавления напряжения на входы ОУ и уже можете визуально увидеть, что получится на выходе ОУ при изменении напряжения на входах.
Что будет на выходе ОУ, если на обоих входах будет ноль вольт?
Итак, мы рассмотрели случай, когда напряжение на входах может различаться. Но что будет, если они будут равны? Что нам покажет Proteus в этом случае? Хм, показал +Uпит.
А что покажет Falstad? Ноль Вольт.
Давайте подадим синусоидальный сигнал амплитудой в 1 Вольт и частотой в 1 килоГерц на НЕинвертирующий вход, а инвертирующий посадим на землю, то есть на ноль.
Смотрим, что имеем на виртуальном осциллографе:
Скорость нарастания выходного напряжения
Также обратите внимание на то, что напряжение на выходе ОУ не может резко менять свое значение. Поэтому, в ОУ есть такой параметр, как скорость нарастания выходного напряжения VUвых .
Этот параметр показывает насколько быстро может измениться выходное напряжение ОУ при работе в импульсных схемах. Измеряется в Вольт/сек. Ну и как вы поняли, чем больше значение этого параметра, тем лучше ведет себя ОУ в импульсных схемах. Для LM358 этот параметр равен 0,6 В/мкс.
Также смотрите видео “Что такое операционный усилитель (ОУ) и как он работает”
Основные параметры и характеристики операционного усилителя.
Операционным усилителем (ОУ) принято называть интегральный усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и двухтактным выходом, предназначенный для работы с цепями обратных связей.
Интегральный ОУ имеет следующие основные параметры:
Как правило достичь максимальных значений для всех параметров невозможно. Достижение максимального значения одного параметра часто осуществляется за счет ухудшения другого. Так, увеличение коэффициента усиления по напряжению влечет за собой снижение частотных свойств, и наоборот.
28. Сдвиг нуля ОУ, его причины. Схемы компенсации сдвига нуля ОУ
апряжением смещения нуля (входным напряжением смещения) ОУ называется такое напряжение, при подаче которого на вход выходное напряжение будет равно нулю. Входным током сдвига ОУ называется разность входных токов усилите ля. Обычно используется приведенное к входу значение напряжения смещения нуля, так как выходные параметры ОУ зависят от обратной связи.
Влияние напряжения смещения нуля и входного тока сдвига заключается в том, что входной сигнал должен компенсировать некоторое начальное смещение на входе, прежде чем появится выходной сигнал. Кроме того, при отсутствии входного сигнала существует некоторое постоянное смещение начального уровня на выходе.
Применение ПТ во входных каскадах ОУ позволило снизить входной ток до нескольких десятков пикоампер. Однако в этом случае входной ток при изменении температуры изменяется по экспоненциальному закону, что затрудняет его компенсацию.Напряжение смещения нуля и дрейф в ОУ с использованием ПТ несколько выше, чем у подобных ОУ на биполярных транзисторах. Дифференциальная структура ОУ не только снижает дрейф нуля, но и уменьшает его зависимость от изменений питающих напряжений.
Структурная схема усилителя с параллельными каналами усиления.
29. Инвертирующий усилитель. Коэффициент усиления.
При инвертирующем включении (Рис. 2.8.) неинвертируюший вход ОУ соединен с общей шиной.
Типовая схема инвертирующего включения операционного усилителя
В типовой схеме (рис. 2.8.а) R3 = ∞ и R4 = 0 и коэффициент усиления по напряжению определяется соотношением
30. Неинвертирующий усилитель. Коэффициент усиления неинвертирующего усилителя.
Данная схема позволяет использовать в качестве неинвертирующего усилителя ОУ, схема обладает высоким полным входным сопротивлением, причем коэффициент усиления всей схемы по напряжению может быть жестко задан с помощью сопротивлений R1 и Rос.
В данной схеме входной сигнал подается на неинвертирующий вход ОУ.
Усилитель содержит последовательную отрицательную обратную связь по напряжению, создаваемую на резисторе Rоси поданную на инвертирующий вход.
Полное входное сопротивление всей схемы оказывается высоким, так как единственным путем для тока между входом и землей является высокое полное входное сопротивление ОУ.
Сопротивления R1 и Rос образуют делитель напряжения с очень малой нагрузкой, так как ток, необходимый для управления усилителем, очень мал ( Iсм >> 0 ).
Поэтому через R1 и Rос течет одинаковый ток и напряжение, приложенное к инвертирующему входу, равно:
то если K 
, Uq >>0, можно написать
Сопротивления R1 + Rос следует выбирать так, чтобы общий ток нагрузки с учетом этого сопротивления не превышал максимального выходного тока усиления.
32. Усилитель разности напряжений на ОУ.
Дифференциа́льный усили́тель — электронный усилитель с двумя входами, выходной сигнал которого равен разности входных напряжений, умноженной на константу. Применяется в случаях, когда необходимо выделить небольшую разность напряжений на фоне значительной синфазной составляющей.
Дифференциатор создает на выходе напряжение, пропорциональное скорости изменения входного
33. Инвертирующий сумматор на ОУ. Неинвертирующий сумматор.
Инвертирующий сумматор формирует алгебраическую сумму двух напряжений и меняет знак на обратный.
Схема алгебраического сумматора на два входа:
Если Rвх ОУ достаточно велико и ток смещения пренебрежительно мал по сравнению с током обратной связи (ОС), то по закону Кирхгофа :
Если коэффициент усиления без ОС также достаточно велик, так что Uд= 0, то
; 
; 
; R1= R2= Rос= R,
Суммирующие схемы могут работать как при постоянных, так и при переменных напряжениях.
Неинвертирующий сумматор.
Схема на два входа:
; 
; 
и
Можно также осуществить суммирование с весами, при этом обязательно соблюдение условия
1. Инвертирующий сумматор суммирует входные напряжения и инвертиpyeт результат.
3. Суммирующие схемы можно использовать при решении алгебраических уравнений и для построения пропорциональных регуляторов
34. Интегратор на ОУ. Погрешность реального интегратора и пути ее уменьшения.
Интегратор используется в схемах управления во всех тех случаях, когда надо решать дифференциальное уравнение или надо вычислить интеграл напряжения
Интегрирующие цепи предназначены для интегрирования во времени электрических входных сигналов.
Реальный ОУ имеет некоторое напряжение сдвига и нуждается в некотором токе смещения. Напряжение сдвига интегрируется как ступенчатая функция, что дает дополнительный линейно-нарастающий (или падающий) выходной сигнал, полярность сигнала определяется полярностью Uсдв, а наклон величиной Uсдв. Ток смещения течет через конденсатор обратной связи, что также приводит к появлению наклонного выходного сигнала. Кроме того, Uсдвдобавляется к напряжению на конденсаторе, и поскольку это напряжение равно Uвых, такая прибавка вносит в результат ошибку, равную Uсдв.
Ошибку напряжения сдвига можно уменьшить следующими приемами :использовать ОУ с низким Uсдв;
периодически сбрасывать интегратор;
шунтировать конденсатор С сопротивлением Rp.
Схема простейшего интегратора на ОУ:
35) Дифференциатором называется устройство, выходной сигнал которого пропорционален производной от его входного сигнала. Другими словами, выходной сигнал дифференциатора пропорционален скорости изменения его входного сигнала. RC-дифференциатор оказывается слишком примитивным и имеет два основных недостатка: он ослабляет входной сигнал и его выходное сопротивление слишком велико.
Изменения входного напряжения вызывают протекание тока через конденсатор С1; этот ток должен течь также через резистор R2. За счет большого внутреннего коэффициента усиления ОУ его инвертирующий вход является виртуальной землей, поэтому выходное напряжение ОУ оказывается пропорциональным скорости изменения входного напряжения. Схема с резистором R2, конденсатором C1 и ОУ потенциально неустойчива и склонна к генерации на высоких частотах. Для повышения устойчивости в схему включаются резистор R1 или конденсатор С2, или оба этих элемента.
36)Логарифмическим называется усилитель, выходное напряжение которого пропорционально логарифму от его входного напряжения.
Для получения логарифмической характеристики в цепь ООС ОУ включают p-n-переход. Это могут быть диод или биполярный транзистор, включенный по схеме с общей базой. логарифмических усилителей приведены на рисунках 
37) Антилогарифмическим называется усилитель, выходное напряжение которого пропорционально экспоненциальной функции от его входного напряжения.
38) Схема активного RC фильтра нижних частот первого порядка на операционном усилителе СМ ФАЙЛ. Данная схема позволяет реализовать полюс коэффициента передачи на нулевой частоте, величинами сопротивления резистора R1 и емкости конденсатора C1 можно задать его частоту среза. Именно значения емкости и сопротивления определят полосу пропускания данной схемы активного фильтра.
Коэффициент усиления 
Для увеличения значения емкости обычно обходятся интегрирующей RC-цепочкой, в которой уменьшение частоты среза достигается увеличением сопротивления резистора при постоянном значении емкости конденсатора. Для того, чтобы устранить влияние цепей нагрузки, на выходе RC-цепочки обычно ставится буферный усилитель с единичным коэффициентом усиления по напряжению. 
при достаточно низкой частоте среза фильтра низких частот может потребоваться большое значение емкости конденсатора. Электролитические конденсаторы, обладающие значительной емкостью, не подходят для создания фильтров из-за большого разброса параметров и низкой стабильности. Конденсаторы, выполненные на основе керамики с большим значением электрической постоянной ε, тоже не отличаются стабильностью значения емкости. Поэтому применяются высокостабильные конденсаторы малой емкости.
Параметры схемы: коэффициент передачи:
частота полюса: 
40. Компараторы напряжений. Компаратор положительных напряжений Интегральные компараторы напряжений это микросхемы, предназначенные для сравнения двух аналоговых напряжений и выдачи результата сравнения в логической форме: больше или меньше. Компаратор напряжения чувствителен к полярности напряжения, приложенного между его сигнальными входами. Напряжение на выходе будет иметь высокий уровень U 1 вых всякий раз, когда разность напряжений между неинвертирующим и инвертирующим сигнальными входами положительна и, наоборот, когда разностное напряжение отрицательно, то выходное напряжение компаратора соответствует логическому нулю U 0 в.
Входы стробирования предназначены для задания момента времени, когда производится сравнение входных сигналов и выдача результата сравнения на выход. Для этого на вход стробирования подается импульсный сигнал разрешения сравнения. Результаты сравнения могут появляться на выходе компаратора только во время строба или могут фиксироваться в элементах памяти компаратора до прихода очередного импульса строба. Импульс строба приходит одновременно с изменяющимся входным сигналом, поэтому, минимальная длительность строба (или его фронта) должна быть такой, чтобы входной сигнал успел пройти через дифференциальный каскад, прежде чем сработает ячейка памяти. Использование стробирования повышает помехозащищенность компаратора, так как уменьшается промежуток времени в течении которого помеха может изменить состояние выхода.
Кроме этого, устройство смещения устанавливает также соответствующие уровни напряжения и тока в выходном логическом каскаде. Таким образом, обеспечивается работа компаратора с определенным типом логики — ТТЛ, ЭСЛ или КМОП.
Простейший компаратор представляет собой дифференциальный усилитель. Компаратор отличается от линейного операционного усилителя (ОУ) устройством и входного, и выходного каскадов:
41. Компараторы с положительной обратной связью. Триггер Шмитта
Триггер Шмитта или схема компаратора с положительной обратной связью позволяет устранить недостатки простых схем компаратора (рис. 2.3.1), избежать дребезга выходного напряжения, возникающего вследствие неизбежного наличия шумов во входном сигнале. В триггере Шмитта на инвертирующий вход подаѐтся входной сигнал, а на неинвертирующий поступает сигнал положительной обратной связи – опорное напряжение UОП. Величину опорного напряжения можно регулировать с помощью резисторов R1 и R2. Регулировочная характеристика триггера Шмитта представляет собой прямоугольную петлю гистерезиса (рис. 2.3.2). Это позволяет использовать схему в качестве формирователя прямоугольных импульсов из некоторого входного напряжения, в частности, из синусоидального. Рассмотрение работы схемы начнѐм с момента t = 0. В данной схеме входное напряжение UВХ сравнивается с положительным опорным напряжением UОП, и как только входное напряжение превысит опорное напряжение, схема переключится и на выходе появится отрицательное напряжение. После момента переключения входное напряжение, достигнув некоторого максимального значения, снова уменьшится до величины, равной входному напряжению в момент переключения, однако компаратор не переключится. Это связано с тем, что опорное напряжение снимается с резистивного делителя, подключенного к выходу компаратора, и изменение знака выходного напряжения при переключении приводит к изменению знака опорного напряжения. В дальнейшем входное гармоническое напряжение не только спадает до нуля, но меняет свой знак и увеличивается до величины равной отрицательному опорному напряжению. Именно в этот момент будет происходить переключение схемы и на выходе установится положительное выходное напряжение.
Схема триггера Шмитта не реагирует на шумы, т.е. переключение происходит только в те моменты, когда входное напряжение превышает модуль опорного напряжения
Счётчики тригеры суматоры регистры мультиплексоры
45. Асинхронные элементы памяти и триггеры типов D, R-S.
Триггер— это цифровая электронная схема с двумя устойчивыми состояниями, которые устанавливаются при подаче соответствующей комбинации входных сигналов и сохраняются, по крайней мере, до поступления новой комбинации. Общая структура триггера показана на рис.2.2.
 |
Триггеры могут быть асинхронными или синхронными. В асинхронных
триггерах для изменения состояния триггера используются только основные
или информационные входы. Изменение состояния асинхронного триггера
может происходить в произвольные моменты времени, определяемые моментами изменения сигналов на информационных входах.
В синхронных триггерах, кроме информационных входов, имеется вход
синхронизации. На этот вход подается сигнал синхронизации С, который вы-
полняет функции сигнала, разрешающего переключение триггера из одного со-
стояния в другое. Если сигнал синхронизации С равен нулю, то состояние син-
хронного триггера не изменяется ни при какой комбинации сигналов на ин-
формационных входах. Для переключения синхронного триггера из одного со-
стояния в другое необходимо подать на информационные входы определенную, зависящую от типа триггера, комбинацию сигналов и, кроме того, установить значение сигнала С, равное 1.
Логика переключения триггера из одного состояния в другое определяется типом триггера и зависит от количества и назначения входов. Наиболее часто используются следующие типы триггеров: RS-триггеры, JK-триггеры, D-триггеры и Т-триггеры.
2.2. Асинхронный и синхронный RS-триггеры
Асинхронный RS-триггер
Работа триггера описывается таблицей переходов, которая имеет вид
Входами в табл.2.1 являются значения входных сигналов R и S, а так-
же значения состояний триггера в текущий момент времени Qt. В самой таблице приведены значения состояний триггера в следующий момент времени Qt+1.