Операциялық күшейткіштер.
1.Трансформаторлы және трансформаторсыз қосылатын каскадтар. 2.Импульстік С және Д қуат күшейткіштері.
3.Операциялық күшейткіш және операциялық схемалар туралы ұғым.
Күшейткіштік каскадтардың параметрлері мен сипаттамалары неғұрлым кең аралық қамтитын болса, онда соғұрлым әртүрлі мақсаттағы электрондық құрылғыларда қолданымды келеді. Осындай әмбебап күшейткіштік құрылымды элементке операциялық күшейткіш жатады. Операрациялық күшейткіштің жиілік бойынша жұмыс істеу аралығы кең, күшейткіш коэффициенттері өте жоғары, кірмелік кедергісі өте үлкен де, ал шықпалы кедергісі аз болып келеді. Операциялық күшейткішке мұндай қасиеттерді оның құрамына кіретін симметриялы немесе бейсимметриялы диффициенциалдық каскадтар мен коллекторы ортақ каскад және басқа қосымша элементтер қамтамасыз етеді.
Операциялық күшейткіштер аналогтық есептеу машиналарында және автоматты басқару қондырғыларда кеңінен қолданылады. Олар негізінен математикалық амалдарды орындау үшін пайдаланылады.
1-суретте үш кірмелі сумматордың, яғни кірмеге берілген сигналдардың қосындысын анықтауға мүмкіндік беретін құрылғының схемасы келтірілген.
1-сурет. Үш кірмелі сумматор құрылғысының схемасы
Операциялық күшейткіштің кірмелік кедергісі өте үлкен болатындықтан, оның ішкі тогы өте аз болады. Сондықтан келтірілген схема үшін Кирхгофтың бірінші заңы қолданылады:
і1 + і2 + і3 + ік = 0
Кірмелердің арасындағы кернеулерді нолге тең деп алса, кірмелік токтар:
і1 = Uкр1 / R ,
і2 = Uкр2 / R ,
і3 = Uкр3 / R
Ал кері байланыс тогы:
ік = Uш / Rк
мұндағы Rк – кері байланыс тізбегінің кедергісі.
Токтарда шықпалық кернеу:
Uш = –(Uкр1 + Uкр2+ Uкр3) Rк / R
Бұл өрнек қарастырып отырған тізбектің қосу амалын орындайтынын көрсетеді. Кірмелік кернеулер төңкергіш кірмеге берілгендіктен шықпалық кернеудің полярлығы кірмелік кернеулердің полярлығына қарама-қарсы болады.
2,а-суретте шегіргіштің, яғни кірмеге берілген сигналдардың айырымын табуға мүмкіндік беретін операциялық күшейткіштің схемасы келтірілген. Егер шықпалық кернеуді беттестіру әдісіне сүйене отырып табатын болса, онда
Uш = U'ш + U"ш
мұндағы бірінші және екінші кірмелік кернеулер (Uкр1, Uкр2) тудыратын жекеше шықпалық кернеулер.
Жекеше шықпалық кернеулер мына өрнектермен анықталады:
U'ш = Uкр1 [R4(R1+R2)] / [R1(R3+R4)]
Жекеше шықпалық кернеулердің осы мәндерінде R1=R3, R2=R4 деп алса, онда шықпалық кернеу:
Uш = (Uкр1 - Uкр2) R2 / R1
Бұл өрнек қарастырып отырған тізбектің азайту амалын орындайтынын көрсетеді. Мұнда тура кірмеге берілген сигналдан төңкергіш кірмеге берілген сигнал алынып қалып отырады.
Интеграторда (2, б-сурет) операциялық күшейткіштегі кері байланыс конденсатор арқылы іске асырылады. Операциялық күшейткіштің кірмелік кедергісі өте үлкен болатындықтан кері байланыс тогы шамамен кірмелік токқа тең деп алуға болады, яғни
ic ≈ iкр = -Uкр / R
Ал кірмелердің арасындағы кернеу өте аз болатындықтан оны ескермесе, шықпалық кернеуді конденсатордың кернеуіне тең деп алуға болады, яғни Uш = Uc. Ендеше шықпалық кернеу
Uш = -I / C ∫ (Uкр/R)dt = -I / RC ∫ Uкрdt
Бұл өрнек қарастырып отырған операциялық күшейткіштің интегралдау амалын орындауға мүмкіндік беретінін көрсетеді.
2-сурет. а)-Операциялық күшейткіш схемасы,
б)-Операциялық күшейткіштегі кері байланыс схемасы
Триггерлер
Бұған дейін электрондық құрылғылар үздіксіз жұмыс істейді және оларға әртүрлі сигналдар үнемі әсер етіп тұрады деп есептелген. Бірақ автоматты басқару жүйелерінде, есептеу машиналарында, редиотехника т.б үздіксіз жұмыс әлпімен қатар импульсті жұмыс әлпі кеңінен қолданылады. Импульсті жұмыс әлпінде электрлік сигналдың қысқа уақытты әсерлері үзілістерден кейін қайталанып отырады.
Импульсті жұмыс әлпінің үздіксіз жұмыс әлпіне қарағандағы көптеген артықшылықтары бар. Импульсті жұмыс әлпінде импульстің әсер ететін уақыты ішінде үлкен қуат бөліне тұрса да, жалпы алғанда құрылғының орташа қуаты азаяды. Импульсті әлпі құрылғыға температураның әсерін әлсіретеді, осы себепті оның параметрлерін тұрақтандыруға мүмкіндік береді. Импульсті сигналдар арқылы бірнеше информация беруге болады және олар кіреукелер төзімді келеді.
Көп тараған импульсті құрылғылардың бірі – триггер (ағылшынша trigger –ағытқыш ілмек деген ұғымды береді). Триггер деп сыртқы сигналдың әсерінен бір күйден екінші күйге секіріп өте алатын құрылғыны айтады. Триггерде оң кері байланысты екі каскадтың тұрақты токтың күшейткіші қолданылады. Каскадтардағы сәйкестік резисторлардың кедергілерін өзара тең болатындай етіп таңдап алады, яғни Rк1 = Rк2, R1 = R2, R3 = R4, R5 = R6. Сондықтан мұндай триггерді симметриялы деп атайды.
Тізбектің корек көзіне қосқанда параметрлерінің дәл бірдей болмауы себепті транзистордың біреуі екіншісіне қарағанда бұрын ашылады. Мысалы VT1 транзисторы бұрын ашылды делік. Ашық транзисторда коллектордың потенциалы төмендейді де, қорек көзінің кернеуі негізінен коллектордың резисторына (Rк1) түседі.
iб1 = (Eк - Uc2) / Rк2 ,
iб2 = (Eк - Uc1) / Rк2
VT1 транзисторының коллекторы VT2 транзисторының базасымен жалғанғандықтан, VT1 транзисторының коллекторының потенциалының төмендеуі VT2 транзистордың жабылуына әкеліп соғады.
Лекция 12