 |
Операционные усилители (ОУ)
|
|
|
|
Как их решать?
1. Проблема теплоотвода:
Если увеличиваем количество элементов в большой интегральной схеме, следовательно требуется отводить большую мощность 
(без теплоотвода)
Если площадь 20 мм2, то Ротв=1 Вт
Если Рmin 1 элемента=0,1 мВт, то на S=20 мм2, <105 лин.элементов.
Если увеличим площадь кристалла, то столкнемся с наличием дислокаций на поверхности кристалла, которые ведут к искажению характеристик элементов и следует неработоспособность интегральной схемы.
2. Проблема межсоединений:
Оптимально соединить все элементы в одной плоскости почти невозможно, требуется делать многослойную развязку, то есть эти слои надо соединить друг с другом, что создает особую техническую проблему.
3. Контроль параметров:
Как правило большие интегральные схемы содержат от 10 до 100 выводов. Возьмем к примеру 50. Каждом 2 состояния. Число состояний 250 или 1015.При длительности измерения 1 мкс контроль одной ИС составляет 20 лет. Поэтому изучают систему выборочного контроля, которая приносит определенные проблемы (алгоритм контроля, аппаратура и т.д.)
4. Физические ограничения на размер кристаллов:
если имеем дело с оч малыми участками 2-5 мкм.
Неравномерная структура при уменьшении размеров.
Может возникнуть предельная критическая напряженность, что неприемлемо, может произойти пробой.
Каскады сдвига потенциальных уровней.
Назначение- устранение постоянной составляющей, поступающей на вход очередного усилительного каскада.
Рассмотрим схемы осн. Потенциального сдвига уровней:
транзистор, включенный по схеме с ОБ.
его характеристика.
Для более точной работы эмиттерного повторителя вставляются источник тока- Т.к. Iэ задается источником тока, то IэРэ=const. Если ∆U надо увеличить, то можно поставить дополнительные диоды (переходы), в качестве таких диодов интегрированные транзисторы с общим включением.
|
|
|
Uвых=Uвх-Uбэ-nUg-I0R0
Uвых=Uвх-(n+1)Iбэ-I0R0
Операционные усилители (ОУ)
Называется высококачетвенный интегральный усилитель, имеющий большой коэффициент усиления и предназначенный для выполнения операций с аналоговыми величинами в цепях с обратной связью.
Идеальный ОУ имеет: 
В реальных случаях: Ku>10^5,Rвх>10^6Ом Rвых<10 Ом
Условное обозначение:
В качестве источника питания используется двуполярный источник питания 
,средний вывод кот-го служит общей шиной д/вх и вых сигнала. По своему структурному построению ОУ- усилители постоянного тока, хотя они могут работать и на частоте f=100кГц.
ОУ имеет 2 входа:
- инвертирующий вход (Uвх), напряжение на котором в противофазе по сравнению с выходным напряжением.
- Неинвертирующий, напряжение на котором совпадает по фазе с UВЫХ
Два этих входа являются входами дифференциального каскада как составляющей части ОУ.
UВХ необязательно разностное между U-вх и U+вх
UВЫХ определяется выражением: 
, коэффициент усиления без обратных связей. Сигнал м.подаваться на один из входов общей шины.
СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ОУ:
В той же структурной схеме используются схемы сдвига уровня потенциала. Входной дифференциальный каскад (ДК) позволяет улучшить характеристики ОУ, во-первых, за счет очень малого дрейфа, во-вторых, за расширение функциональных возможностей (2 входа).
ПК (промежуточный каскад) служит для увеличения коэффициента усиления. ПК собран по схеме ДК, но с однотактным выходом.
ВК (выходной каскад) нужен для согласования ОУ с нагрузкой и здесь применяются либо эмитерные повторители, либо двухтактная схема на биполярных комплиментарных транзисторах.
Применение ОУ в чистом виде почти невозможно, т.к.:
|
|
|
вход Н на сигналы д.б. очень малым.
2. Имеется опр-ный разброс между различными ОУ.
Для устранения недостатков вводится отрицательная обратная связь которая, во-первых позволяет работать в качестве усилителя; во-вторых, позволяет выполнять множество математических операций (ln,+,-) откуда и произошло название ОУ.
|
|
|
