Układy CMOS. inwerter CMOS. Prąd pobierany tylko przy przełączaniu! bramka NAND. Zestawienie podstawowych parametrów rodzin TTL i CMOS.

Transkrypt

1 łady CMOS inwerter CMOS Prąd pobierany tylo przy przełączaniu! brama NAND Zestawienie podstawowych parametrów rodzin TTL i CMOS. Parametry uładów CMOS i TTL zasilanych napięciem CC 5V

2 Charaterystyi przejściowe uładów TTL oraz CMOS Technologia izolacji złączowej z domieszowaniem złotem Standardowa S Schotty'ego Technologia izolacji złączowej z diodami Schotty'ego LS Schotty ego małej mocy F FAST Technologia izolacji tlenowej z diodami Schotty'ego ALS ulepszona LS AS ulepszona S Pełną zgodność ońcówową, oznaczeniową i uncjonalną z uładami TTL mają ułady CMOS z szybich rodzin HC (High-speed CMOS, AHC (Advanced HC i AC (Advanced CMOS Wzmacniacze operacyjne należą do najbardziej uniwersalnych uładów eletronicznych istnieją w postaci uładów scalonych +V CC Wzmacniacz operacyjny ma dwa wejścia: (- - odwracające azę (sygnał wyjściowy jest przesunięty w azie o 80 0 względem wejściowego, (+ - nieodwracające azy + - -V EE ealizuje uncję: A*( gdzie A wzmocnienie uładu Napięcia zasilania +V CC i -V EE (z dwóch niezależnych źródeł Wartości napięć +, - i oraz V CC i V EE oreślone względem wspólnego poziomu odniesienia - masy dealny wzmacniacz operacyjny: wzmocnienie napięciowe A, rezystancje obu wejść względem masy są niesończone, rezystancja między wejściami N (uład nie pobiera prądu z wejść rezystancja wyjściowa jest pomijalnie mała 0 0, nieograniczone pasmo przenoszenia (własności częstościowe wzmacniacza nie mają wpływu na jego pracę 2

3 dealny wzmacniacz operacyjny nie istnieje! zeczywiste wzmacniacze operacyjne: ezystancje wejściowe wynoszą : Ω, wyjściowe : 0 4 Ω. Wzmocnienie dla małych częstości może sięgać 0 6 Budując wzmacniacz o wzmocnieniu 0 możemy oreślić jego charaterystyę częstościową i pasmo przenoszenia wzmocnienie 000 µa 74 A* const 0 g0 Hz 00 Hz częstość zeczywiste wzmacniacze operacyjne dobrze spełniają założenia dla wzmacniaczy idealnych model działania np. LM 38: A > , 0 0 Ω, 00 Ω niestety ograniczone pasmo przenoszenia (A* const Wzmacniacz operacyjny µa74 - schemat +V CC -V EE Parametry wzmacniacza µa 74: wzmocnienie przy otwartej pętli sprzężenia rezystancja wejściowa i 2 MΩ masymalne różnicowe napięcie wejściowe ± 30 V napięcie zasilania ± 5 V pobór mocy 45 mw 3

4 Wzmacniacz odwracający azę - podstawowy uład ze wzmacniaczem operacyjnym Wzmocnienie? 3 napięcie wyjściowe uładu jest sończone, lecz wzmocnienie idealne A, z równania A*( wynia, że + -, czyli, że - 0 niesończona rezystancja wejściowa prądy wpływające do wejść pomijalne równanie prądów w uładzie: Stąd eetywne wzmocnienie uładu: 2 2 A Ponieważ potencjał - 0 rezystancja wejściowa uładu wynosi Konwerter prąd-napięcie gdy rezystor nie istnieje ( 0 * Zastosowanie: źródła prądowe, np. otodiody, otopowielacze itp. Wzmacniacz sumujący w uładzie wzmacniacza odwracającego azę: n Suma prądów, tóre dopływają do wejścia odwracającego azę jest równa prądowi sprzężenia zwrotnego: wei i i wei Stąd: wy i wy 3 2 n napięcie wyjściowe proporcjonalne do sumy napięć wejściowych z wagami / i Jeśli wszystie opornii będą miały wartość oporu, to: -( N Jedno z zastosowań: miser austyczny w studiach nagrań. Przez regulację i ustala się wład (głośność ażdego ze źródeł 4

5 Wzmacniacz nieodwracający azy: napięcie wejściowe podawane jest na wejście nieodwracające (+ wzmacniacza operacyjnego 3 2 óżnica napięć między wejściami wzmacniacza + i - jest ininitezymalna. we prąd płynący w pętli sprzężenia zwrotnego: 2 2 wzmocnienie uładu: + A ezystor 3 oreśla rezystancję wejściową uładu Zastosowanie: współpraca z wysoooporowymi źródłami sygnału ja np. termopary Wtórni napięciowy: gdy w uładzie wzmacniacza, A, lecz prąd wyjściowy może być znacznie więszy niż prąd wejściowy 2 Wzmacniacz różnicowy napięcie wyjściowe: 2 ( nne operacje matematyczne na sygnałach Wzmacniacz całujący C ównanie prądów w uładzie ma postać: dq C d stąd: C Dla wejściowych sygnałów harmonicznych (sinusoida charaterystya częstościowa uładu: C 5

6 nne operacje matematyczne na sygnałach c.d. Wzmacniacz różniczujący: Zamiana ondensatora i opornia miejscami! dq d C C czyli: C d Charaterystya częstościowa tego uładu dla wejściowych sygnałów harmonicznych: C Zastosowanie wzmacniaczy całujących i różniczujących: ormowanie sygnałów analogowych nne operacje matematyczne na sygnałach c.d. Wzmacniacz logarytmujący: 0 exp( X element o charaterystyce wyładniczej w pętli sprzężenia zwrotnego ln X exp( X 0 0 element nieliniowy: dioda, tranzystor bipolarny Wzmacniacze logarytmujące: przetwarzanie sygnałów o dużej dynamice zmian + Wzmacniacz antylogarytmujący: zamiana miejscami rezystora i elementu nieliniowego 0 exp( X exp( X 0 + łady mnożące: ombinacja wzmacniaczy sumujących, odejmujących, logarytmujących i antylogarytmujących 6

7 203 Physics Problems 6. Conductance quantum Few people now that conductance quantization can be observed in a simple electromechanical relay at room temperature. Obtain the experimental value o conductivity quantum. How close can it be to the theoretical value at room temperature? The possible scheme o the experimental assembly is shown in the igure. Sprzężenie zwrotne: - oddziaływanie sutu na przyczynę - wpływa na własności uładu eletronicznego Wzmacniacz: podstawowy uład eletroniczny ze sprzężeniem zwrotnym. Pętla sprzężenia zwrotnego przenosi część sygnału z wyjścia na wejście N umożliwiając dodawanie do sygnału wejściowego. A A NA +A A A N β A Wzmocnienie wzmacniacza: Stopień sprzężenia zwrotnego: β ponieważ: A A + A wypadowe wzmocnienie uładu ze sprzężeniem: N A A Wzmacniacz i uład sprzężenia zwrotnego przesuwają azę: A AN A A A A A β N Stąd, wzmocnienie wzmacniacza ze sprzężeniem zwrotnym: exp( jφ oraz β β exp( jψ β ( cosφ + j sinφ [ cos( φ + ψ + j sin( φ + ψ ] 7

8 Szczególne przypadi: dodatnie sprzężenie zwrotne φ+ψ2nπ ujemne sprzężenie zwrotne φ+ψ(2n+π + β zwięszenie eetywnego β wzmocnienia wzmacniacza zmniejszenie eetywnego wzmocnienia wzmacniacza odzaj sprzężenia zwrotnego wpływa na własności urządzeń eletronicznych Stabilność wzmocnienia: stabilność bezwzględna : γ d d γ d wrażliwość względna : d Dla dodatniego sprzężenia zwrotnego γ γ ( β 2 > β czyli stabilność wzmacniacza pogarsza się Dla ujemnego sprzężenia zwrotnego: Jeśli duże wzmocnienia ( γ ( + β 2 i ujemne sprzężenie, to Parametry uładu są wyznaczone tylo przez parametry uładu sprzężenia zwrotnego, tóre mogą być bardzo stabilne (elementy bierne γ < + β czyli ujemne sprzężenie zwrotne poprawia stabilność uładu β Sprzężenie zwrotne ustala pasmo transmisji uładów eletronicznych Charaterystya wzmacniacza podobna ja dla iltra dolnoprzepustowego 0 ( + j Wzmocnienie uładu ze sprzężeniem zwrotnym β: 0 j + ( g ( β ( β 0 j + g g Oznaczając: wzmocnienie otrzymujemy wzmocnienie uładu ze sprzężeniem: g dodatnie sprzężenie zwrotne bez sprzężenia ujemne sprzężenie zwrotne g g+ g g- ( β 0 0 ( + j częstość 0 0 ( β 0 / g jemne sprzężenie zwrotne: zmniejszenie mas. wzmocnienia zwięszenie częstości granicznej Dodatnie sprzężenie zwrotne: zwięszenie mas. wzmocnienia ograniczenie pasma przenoszenia 8

9 jemne sprzężenie - orzystna modyiacja własności uładu eletronicznego zwięszenie stabilności, reducja współczynnia szumów, poszerzenie pasmo częstości Zmniejszenie eetywnego współczynnia wzmocnienia nie jest ograniczeniem! L CBC E jemne sprzężenie zwrotne stosuje się w uładach tranzystorowych do stabilizacji puntu pracy - za pomocą rezystora E umieszczanego w emiterze Występuje w postaci eetu Millera, (pojemność C BC powodującego ograniczenie wzmocnienia dla wysoich częstości Dodatnie sprzężenie zwrotne oddziałuje nieorzystnie na uład i w urządzeniach eletronicznych jest w zasadzie stosowane tylo w generatorach 9