Применение ОУ

1).

Z»Входное сопротивление этой схемы ₁. Выходное сопротивление очень мало R_вых 0.»

2.Не инвертирующее включение ОУ.

Коэффициент усиления:

очень большое входное сопротивление. Рассмотрим частный случай: R₁ = 0; R₂; U¥=_вых = U_вх. Аналог эмиттерного повторителя.

Изменяя элементы, включенные во входной цепи и цепи ОС, можно получить схемы с разнообразными свойствами.

1) Инвертирующий сумматор.

2)Усилитель – вычитатель.

3) Интегратор.

RФ = с).×C = T – постоянная времени (Ом× Замечание: При использовании реального ОУ, следует учитывать наличие входного тока I_вх ОУ при U_вх =0 и наличие напряжения сдвига (смещение нуля) U_сдв = 0.В интеграле влияние этих параметров увеличивается со временем. При U_вх =0, через конденсатор будет течь ток . Из-за этого будет изменяться напряжение на выходе: . Чем больше емкость конденсатора, тем медленнее будет нарастать напряжение, но емкость нельзя брать очень большой. Обычно выбирают емкость конденсатора такой, чтобы влияние I_вх не превысило влияние U_сдв т.е. . ОУ с биполярными транзисторами на входе не могут это обеспечить. Выход: а) скомпенсировать рабочий ток б) выбрать ОУ с полевыми транзисторами на входе.J. Помимо увеличения емкости конденсатора, ограничить влияние входного тока можно выбрав ОУ с очень малым входным током

При работе ОУ:

I¹Если Iвх ₂ Для компенсации входных токов следует: 1. Взять резистор Rk и подстроить так, чтобы Uсдв – e = 0

10»2. Использовать ОУ с полевыми транзисторами на входе. Iвх ^-12 - входной ток на столько мал, что нет необходимости в компенсации.

Еще один источник погрешности интегратора – это ток утечки конденсатора. У электролитического конденсатора ток утечки измеряется мкА по этому их не стоит использовать, лучше использовать металлобумажные конденсаторы – МБМ.

4). Дифферинциатор.

• 
  передаточная функция дифференциального звена. Обычно помехи имеют более высокочастотный спектр чем полезный сигнал. Высокочастотные помехи будут усиливаться больше, чем полезный сигнал, это приводит к насыщению усилителя, помехи забивают п олезный сигнал. Для ограничения усиления на ВЧ, последовательно с конденсатором включают резистор.

5) Логарифмирующий усилитель.

Предназначен для получения Uвых = k Ln(Uвх). Для этого используют характеристику p-n перехода. Ток через p-n переход имеет следующую зависимость от напряжения на нем: К°- где q - зарад электрона; k – постоянная Больцмана; Т – абсолютная температура. При Т=300 . Если напряжение > 26 мВ то единицей можно пренебречь: прологарифмируем:

Iобр – теоретический обратный ток p-n – перехода.

Рабочий диапазон данной схемы очень узкий. Намного лучше схема работает если в ОС включить транзистор в диодном включении. Для полного использования этого диапазона следует использовать ОУ с полевыми транзисторами на входах

6) Схема экспоненцирования.

Если 2 напряжения U₁ и U₂ прологарифмировать, затем сложить а затем выполнить операцию экспоненцирования то получим произведение исходных напряжений. Эта идея лежит в основе аналоговых перемножителей.

К сожалению приведенные схемы логических элементов не могут каскадироваться, так как мощность сигнала при распространении по схеме уменьшается. Поэтому к схеме диодного логического элемента "И" обычно подключается двухтактный усилитель на биполярных транзисторах. Схема такого логического элемента приведена на рисунке 3.

Рисунок 3. Принципиальная схема базового логического элемента ДТЛ микросхемы

Усилитель, использованный в схеме на рисунке 3, позволяет вырабатывать как втекающий, так и вытекающий выходной ток. Тем не менее следует помнить, что это источник напряжения, и если не ограничить выходной ток микросхемы, то можно вывести ее из строя.

Приведенный на рисунке 3 логический элемент используется в таких современных сериях микросхем как 555, 533, 1531, 1533. Да, да! Не следует удивляться тем, кто привык считать эти микросхемы ТТЛ микросхемами. Микросхемы приведенных серий ведут себя как ТТЛ микросхемы (обладают входными и выходными токами, совместимыми с ТТЛ микросхемами и воспринимают не ДТЛ, а ТТЛ логические уровни), но при этом внутри они реализованы по схеме ДТЛ логических элементов. В приведенных сериях цифровых микросхем для повышения быстродействия применяются транзисторы и диоды Шоттки.

Обратите внимание, что транзистор VT1 инвертирует сигнал на выходе элемента "И". В результате вместо логической 1 на выходе присутствует логический 0. И наоборот, вместо логического нуля на выходе присутствует логическая единица, а схема в целом реализует логическую функцию "2И-НЕ":

Условно-графическое изображение ДТЛ логического элемента "2И-НЕ" показано на рисунке 4, а таблица истинности приведена в таблице 1

Рисунок 4. Условно-графическое изображение логического элемента "2И-НЕ"

Таблица 1. Таблица истинности схемы, реализующей логическую функцию "2И-НЕ"

x1	x2	F

На основе базового элемента ДТЛ строится и инвертор. В этом случае на входе используется только один диод. Схема ДТЛ инвертора приведена на рисунке 5.

Рисунок 5. Принципиальная схема инвертора ДТЛ микросхемы

В состав современных серий микросхем кроме логических элементов "И" входят логические элементы "ИЛИ". В схеме логического элемента "ИЛИ" транзисторы VT2 соединяются параллельно в точках "а" и "б", показанных на рисунке 3, а выходной каскад используется один. Схема логического элемента "2ИЛИ-НЕ" приведена на рисунке 6.

Рисунок 6. Принципиальная схема логического элемента "2ИЛИ-НЕ" ДТЛ микросхемы

Схемы "ИЛИ-НЕ" в этих сериях микросхем имеет обозначение ЛЕ. Например схема К555ЛЕ1 содержит в одном корпусе четыре элемента "2ИЛИ-НЕ". Таблица истинности, реализуемая этой схемой, приведена в таблице 2, а условно-графическое изображение логического элемента показано на рисунке 7.

Рисунок 7. Условно-графическое изображение элемента "2ИЛИ-НЕ".

Таблица 2. Таблица истинности схемы, выполняющей логическую функцию "2ИЛИ-НЕ"

x1	x2	F

В ТТЛ схемах вместо параллельного соединения диодов используется многоэмиттерный транзистор. Физика работы этого логического элемента не отличается от работы диодного логического элемента "2И". Высокий потенциал на выходе многоэмиттерного транзистора получается только в том случае, когда на обоих входах логического элемента (эмиттерах транзистора) присутствует высокий потенциал (то есть нет эмиттерного тока). Принципиальная схема базового логического элемента ТТЛ микросхемы приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Принципиальная схема базового логичиского элемента ТТЛ микросхемы

Умощняющий усилитель, как и в диодно-транзисторном элементе, инвертирует сигнал на выходе схемы логического элемента. По такой схеме выполнены базовые логические элементы ТТЛ микросхем серий 155, 131, 155 и 531. Схемы "И-НЕ" в этих сериях микросхем обычно имеет обозначение ЛА. Например, схема К531ЛА3 содержит в одном корпусе четыре логических элемента "2И-НЕ". Таблица истинности, реализуемая этой схемой, приведена в таблице 1, а условно-графическое обозначение этих логических элементов приведено на рисунке 2.

Рисунок 2. Условно-графическое обозначение логического элемента "2И-НЕ"

Таблица 1. Таблица истинности схемы, выполняющей логическую функцию "2И-НЕ"

x1	x2	F

На основе базового логического элемента строится и инвертор. В этом случае на входе схемы используется только один диод. Схема ТТЛ инвертора приведена на рисунке 3.

Рисунок 3. Принципиальная схема инвертора ТТЛ микросхемы

При необходимости объединения нескольких логических элементов "И" по схеме "ИЛИ" (или при реализации логических элементов "ИЛИ") транзисторы VT2 соединяются параллельно в точках "а" и "б", показанных на рисунке 8, а выходной каскад используется один. В результате быстродействие такого, достаточно сложного элемента, получается точно таким же, как и у одиночного логического элемента "2И-НЕ". Принципиальная схема логического элемента "2И-2ИЛИ-НЕ" приведена на рисунке 4.

Рисунок 4. Принципиальная схема ТТЛ микросхемы "2И-2ИЛИ-НЕ"

Такие соединения логических элементов широко применяется при реализации цифровых микросхем по произвольной таблице истинности методом СДНФ, а условно-графическое изображение элемента "2И-2ИЛИ-НЕ" приведено на рисунке 5. Такие логические элементы содержатся в отечественных цифровых микросхемах с обозначением ЛР.

Рисунок 5. Условно-графическое обозначение логического элемента "2И-2ИЛИ-НЕ" ТТЛ микросхем

Схемы "ИЛИ-НЕ" в отечественных ТТЛ сериях микросхем средней интеграции имеет обозначение ЛЕ. Например микросхема К1531ЛЕ5 содержит в одном корпусе четыре элемента "2ИЛИ-НЕ". Следует отметить, что в современных микросхемах малой логики стараются в одном корпусе разместить один, в крайнем случае два логических элемента.

Так как в современных схемах ТТЛ и в схемах ДТЛ используется одинаковый выходной усилитель, то и уровни логических сигналов в этих схемах одинаковы. Поэтому часто говорят, что это ТТЛ микросхемы, не уточняя по какой схеме выполнен входной каскад этих микросхем. Тем самым подчеркивается отличие этих микросхем от старых ДТЛ серий микросхем с повышенным напряжением питания. Более того! Появились КМОП микросхемы, совместимые с ТТЛ микросхемами по логическим уровням, например К1564 (иностранный аналог SN74HCT) или К1594 (иностранный аналог SN74АСT).