Применение аналоговых интегральных микросхем

Классификация аналоговых интегральных микросхем

Лекция 18. Аналоговые интегральные микросхемы

Аналоговые интегральные микросхемы предназначены для генерирования, преобразования и усиления сигналов, изменяющихся по закону непрерывной функции. Они применяются в аппаратуре связи и телевидения, а также в усилителях звуковой частоты и источниках питания. Особое место среди аналоговых интегральных микросхем занимают наиболее универсальные по своим функциональным возможностям микросхемы – операционные усилители.

В соответствии с ГОСТ 18682-73 для обозначения аналоговых интегральных микросхем применяется буквенно-цифровой код, отражающий конструктивное исполнение и выполняемые функции.

Рассмотрим пример обозначения аналоговой интегральной микросхемы операционного усилителя К140УД6.

К

У

Д

А

Первый элемент – буква К. Наличие буквы К говорит о том, что микросхема предназначена для применения в бытовой аппаратуре. Отсутствие этой буквы указывает на повышенные электрические характеристики микросхемы, предназначенной для «жёстких» условий эксплуатации.

Второй элемент – цифра, обозначающая группу по конструктивно-технологическому исполнению. Цифры 1, 5, 6, 7 обозначают полупроводниковые микросхемы, 2, 4, 8 – гибридные, 3 – прочие.

Третий элемент – цифры от 01 до 99 или от 001 до 999 указывают на порядковый номер разработки серии.

Четвёртый элемент – буквы, определяющие подгруппу по основному функциональному назначению микросхемы (см. таблицу 18.1).

Пятый элемент – цифра от 1 до 100, обозначающая условный номер микросхемы по данному функциональному признаку.

Может также присутствовать шестой элемент – буква от А до Я, обозначающая отличие по электрическим параметрам.

Некоторые типы подгрупп аналоговых интегральных микросхем представлены в таблице 18.1. Более подробные сведения о примерах функционального назначения аналоговых интегральных микросхем представлены в литературе [3, 15].

Для защиты от внешних воздействий микросхемы помещают в стандартные герметизированные корпуса. Существует 5 типов стандартных корпусов: тип 1, 2, 4 и 5 –прямоугольные, тип 3 – круглый. Внешний вид некоторых типов корпусов микросхем представлен на рис. 18.1.

Таблица 18.1

Подгруппы аналоговых интегральных микросхем

Подгруппа	Функциональное назначение	Буквенное обозначение
Генераторы сигналов	гармонических	ГС
специальной формы	ГФ
Детекторы	амплитудные	ДА
частотные	ДС
фазовые	ДФ
Коммутаторы	тока	КТ
напряжения	КН
Модуляторы	амплитудные	МА
частотные	МС
фазовые	МФ
Усилители	высокой частоты	УВ
низкой частоты	УН
операционные	УД
Источники питания	стабилизаторы напряжения	ЕН
стабилизаторы тока	ЕТ

Рис. 18.1. Внешний вид некоторых типов корпусов аналоговых интегральных микросхем

Рассмотрим микросхему К174УН14 – интегральный усилитель мощности низкой частоты, полным аналогом которой является микросхема TDA2003. Типовая схема включения представлена на рис. 18.2.

Микросхема выполнена в корпусе ТО220 (1501Ю.5-1) с пятью выводами. Назначение выводов: 1 – не инвертирующий вход; 2 - инвертирующий вход; 3 – общий (отрицательный полюс источника питания); 4 – выход; 5 - + U _п.

При напряжении питания 12…15 В и U _вх = 30 мВ выходная мощность на сопротивлении нагрузки 4 Ом составляет 4…5 Вт.

Рис. 18.2. Типовая схема включения микросхемы К174УН14

Следует отметить, что микросхемы усилителей низкой частоты постоянно совершенствуются, и сейчас практически вся аппаратура для высококачественного воспроизведения звука выполнена на микросхемах.

Рассмотрим также микросхему стабилизатора напряжения с фиксированным выходным напряжением К142ЕН8Б, полным аналогом которой является микросхема 78S12. Типовая схема включения представлена на рис. 18.3. Микросхема выполнена в корпусе ТО220 (1501Ю.3-1) с тремя выводами

Рис. 18.3. Типовая схема включения микросхемы К142ЕН8Б

Схема отличается минимальным количеством деталей. Для нормальной работы микросхемы, имеющей в своём составе 16 транзисторов, выполненных на одном кристалле, параллельно входу устанавливается электролитический конденсатор ёмкостью 47 мкФ, а параллельно выходу – керамический конденсатор ёмкостью 0,1 мкФ. Конденсаторы необходимы для предотвращения паразитной генерации на высокой частоте, которая может возникать из-за наводок на проводах, подключённых к входу и выходу микросхемы.

В таблице 18.2 приведены основные электрические параметры некоторых микросхем из серии 142.

Таблица 18.2

Основные электрические параметры микросхем - стабилизаторов серии 142

Микросхема	Аналог	U вх, В (min...max)	U вых, В	I вых мах, А
КР142ЕН5В	78S05	7,5...15
КР142ЕН5Г	78S06	8,5...15
КР142ЕН8А	78S09	11,5...35		1,5
КР142ЕН8Б	78S12	14,5..35		1,5

Следует отметить, что микросхемы стабилизаторов также постоянно совершенствуются, и сейчас номенклатура таких микросхем насчитывает множество серий. Для повышения коэффициента полезного действия, который у параметрических стабилизаторов не превышает 0,7 (70%), разработаны микросхемы импульсных стабилизаторов, использующие принцип широтно-импульсной модуляции с накоплением энергии в дросселе. Широкое распространение эти микросхемы получили в источниках питания вычислительной техники и телевизоров.

Операционные усилители (ОУ) предназначены для усиления постоянного и переменного тока, построения схем интеграторов (решающих усилителей), аналоговых преобразователей и других узлов радиоэлектронной аппаратуры. Рассмотрим микросхему К140УД8А, условное графическое обозначение которой представлено на рис. 18.4. Микросхема выполнена в корпусе ТО5 (301 8) с восемью выводами.

Это операционный усилитель общего назначения с полевыми транзисторами во входном каскаде и внутренней частотной коррекцией. Микросхема содержит 2 полевых и 8 биполярных транзисторов, выполненных на одном кристалле. Полевые транзисторы позволяют сделать входное сопротивление на постоянном токе 1000 МОм, при этом входной ток составляет менее 0,2 нА. Скорость нарастания выходного напряжения не менее 2 В/мкс, максимальная рабочая частота 1 МГц. Это достаточно высокие электрические характеристики.

Рис. 18.4. Условное графическое обозначение операционного усилителя К140УД8А

Рассмотрим типичные схемы, в которых применяется операционный усилитель. Первая схема – усилитель постоянного тока (рис. 18.5). В зависимости от того, на какой вход подают входной сигнал, можно получить инвертирующий или не инвертирующий усилитель. Однако в любом случае между выходом и инвертирующим входом должен быть включён резистор обратной связи. Коэффициент усиления по напряжению такого усилителя будет равен

. (18.1)

а)	б)

Рис. 18.5. Усилитель постоянного тока на операционном усилителе:

а – инвертирующий; б – не инвертирующий

Вторая схема – полосовой фильтр. В диапазоне частот 0...0,1 МГц задачу отделения полезного сигнала от близкой по частоте помехи решают с помощью активных RС-фильтров, не содержащих индуктивностей. Одной из наиболее распространенных структур фильтров является звено с многопетлевой обратной связью, построенное на базе инвертирующего операционного усилителя. Полосовой фильтр можно построить на одном ОУ по схеме на рис. 18.6.

Рис. 18.6. Полосовой фильтр

Рассмотрим числовой пример. Пусть необходимо построить полосовой фильтр с резонансной частотой f ₀=1000 Гц и добротностью Q = 100. Полоса пропускания такого фильтра 950…1050 Гц. На резонансной частоте коэффициент передачи В ₀ = 10.

Выберем емкость конденсатора С = 0,01 мкФ. Тогда по формулам для расчёта полосового фильтра [22]:

МОм;

кОм;

Ом.

Существуют и более сложные схемы фильтров, выполненные на ОУ.

Микро миниатюризация электронной аппаратуры и в дальнейшем будет определяться развитием технологий интегральных микросхем. Более подробные сведения об интегральных микросхемах приведены в литературе [1, 12, 15].

Контрольные вопросы

1. Для каких целей предназначены аналоговые интегральные микросхемы?

2. Приведите пример обозначения аналоговой интегральной микросхемы и поясните на этом примере принцип классификации.

3. Какие микросхемы применяются для усиления сигналов низкой частоты? Можно ли такие микросхемы применять для усиления сигналов постоянного тока?

4. Какие микросхемы применяют для стабилизации напряжения? Нарисуйте схему стабилизатора на микросхеме К142ЕН8Б.

5. Приведите пример схемы использования операционного усилителя для усиления сигналов постоянного тока. Может ли такая схема усиливать сигналы переменного тока?

6. Для какой цели применяется активный полосовой фильтр на операционном усилителе? Может ли такая схема усиливать сигналы постоянного тока?