а)                                                         б)

3.9 Сурет БПТ-нің ОК-схемасымен қосу.

а) қосудың негізгі схемасы;

б) қосудың балама схемасы -динамикалық кіріс кедергісі; 

- коллектордың  басқарылатын ток көзі;

 - кіріс тізбек жағынан коллекторлық токты басқарудың тіктілігі.

Бұл схемада басқарушы кернеу Б-Э-учаскесіне түсіріледі де, ол шығыс сигнал эмиттерлік тізбекке қосылған жүктеме резистордан алынады ( ескере кетейік! Коллектордың потенциялы бекітілген ).

Егер ОЭ-схемасында = 0 деп алатын болсақ БПТ- ні ОК-схемасымен қосуды ОЭ-схемадағы қосудың жеке жағдайы ретінде қарастыруға болады. Міне осы соңғы шарт орындалса. ОЭ-схема «терең» кері байланыспен қамтылған болып шығады.

Ал енді БПТ-нің ОБ-схемасындағы коллекторлық сипаттамасын келтірейік:                                                                   

\

4–Сурет ОБ мен қосылған транзистордың шығыс сипаттамаларының үйірлері

Ескертіп кетейік!  Бұл схемадағы БПТ- нің қанығуы тек  болғанда ғана іске асырылады, ал бұл жағдайға егер коретендіру көзінің полярлығы бекітілген болса, жете алмаймыз!

Дай жиі кездеседі), онда  және оның  шамасы әдетте жеткілікті үлкен ( 100 және 1000 ) болуы мүмкін.

Ток бойынша күшейту

                                                          (25)

әдетте «1»-ден кем.

Кіріс кедергі

                                                           (26)

Бұл схемадағы кіріс кедергі БПТ-нің ОЭ схемасындағы -кедергісінен β есе кем.

Шығыс кедергі

                                                           (27)

Бұл схемадағы шығыс кедергі БПТ-нің ОЭ- схемасындағы шығыс кедергісінің мәніне тең.

    Коллектордағы төбелік кернеудің шамасы коллекторлық өткелдің (КӨ-нің) көшкіндік тесіп өтілуімен анықталып шектеледі; коллектордың төбелік мүмкін бола алатын тоғы коллектормен оның шықпасының арасындағы Омдық түйсінінің жанып кету қауіптілігімен шектеледі; коллекторда шашыратылатын қуаттың төбелік мүмкін бола алатын шамасы КӨ-нің төбелік температурасымен Т_төб. өткел және айналасындағы ортаның температурасымен Т_орта анықталады:

                                                                                          (30)

     Мұндағы R_т – транзистордың жылулық кедергісі деп аталатын тұрақты шама. Ол КӨ -ден транзистор қабына (тысына) джоульдік жылудың берілуін анықтайды, [С/Вт].

Кремнийлік транзисторлардың Т _{өткел.мах}  шамасы 200С мәніне дейін жете алады.

     Коллекторда шашырайтын төбелік мүмкін болатын қуаттың қисық сызығы келесі беркенің көмегімен салынады

                                                                            (31)

Мүмкін болатын І_ок – тоқтың және U_окб – кернеудің шамалары бұл қисық сызықтан төмен жатады. Коллектордың тоғы мен оның кернеуінің шамалары төбелік мәндерінен 70% алып түсетін болса, жұмыс тәртібі (транзистордың) қауіпті аралықта болады.

     Транзисторлардың екі тесіп өту кернеулері болады. U_кбо – деген кернеуді коллектор мен база шықпаларының арасында белгілі бір берілген І кбо – тоғы мен І э – эмиттер тоғының нөл болған жағдайында І э= 0 өлшейді. Ал U кэо – деген кернеу коллектор мен эмиттер шықпаларының арасында белгілі бір берілген элиттер тоғы (І э= const)  мен база тоғының нөлге тең кезінде (І б= 0) өлшейді. U кэо >> U кбо, яғни бұл теңсіздік жиі орындалуы мүмкін.    Транзистордың көшкіндік тесілуінің себебі ретінде база мен коллектор тізбектеріне жалғанған Rб мен Rк кедергілері де болуы мүмкін. Егер Rк шамасы кішкентай болса, онда басталған көшкіндік тесіп өту қайтымсыз жылулық тесілуге көшуі мүмкін. Егер Rб кедергіні өсірсек тесілудің кернеуі кемиді. Сондықтан аса қуатты транзисторлар үшін мүмкін бола алатын UкэRмах – деген кернеудің шамасын белгілі бір Rбмах  кедергінің шамасынан кем болатын база кедергісінің (Rб) мәні үшін көрсетіледі.

     Сонымен қатар, транзистордың анықтамалық деректерінде ұсынылатын немесе нақтылы деп аталатын жұмыс тәртібі үшін шаққылық (дифференциялдық) һ-параметрлер келтіріледі. Мысалы, төменгі қуатты транзисторлар үшін мұндай тәртіптер ретінде келесі тәртіптер (режимдер) болуы мүмкін:

     U бкэ=5В,  Іок=1мА немесе  Uокэ=5В,  Іок=5мА.

    Егер бұл нүктедегі токтармен кернеулер ұсынылатын (нақтылы) мәндерінен өзгеше болатын болса, онда шаққылық параметрлер (дәлірек айтқанда олардың төменгі жиіліктегі мәндері) (4.29)- кейіптемелер бойынша қайтадан есептеледі, немесе ВАС-тар бойынша аныталады.

5 Өрістік транзисторлар

    Биополярлық транзистордың кемшілігі – ол кіріс кедергісінің төмендігінде, ал оны жоғарлату үшін жеткілікті күрделі схеманың керек болуы.

     БПТ дегеніміз – бұл токпен басқарылатын аспап, ал сонымен бірге шала өткізгіш материалдың өткізгіштігін электр өрісінің көмегімен де басқаруға болады. Міне, егер транзистордың өткізгіштігі электр өрісімен модуляцияланса, бұл транзистор өрістік транзистор (ӨТ) деп аталады.

     ӨТ-нің ең қарапайымы 1.23 а – суретте көрсетілген.       

                 а)                                                      б)

                             5.1 – Сурет. Өрістік транзистор (ӨТ):

                                  а – құралым және ығысу схемасы;

                                  б – құйма (сток) сипаттамалары.

    Бұл транзистордың үш шықпалары бар ( құйма, бастау және бекітпе). Кремний (Si) кристалынан (n – типті ) жасалған. Бұл кристал ішінде диффузия көмегімен р – типті аймақ жасалған, яғни p-n-өткелі бар.

      Құйма бастауға қатысты оң таңбалы ығысқан, сондықтан n – қабатта арна пайда болады да, оның бойымен құймадан (стоктан) бастауға (истокқа) қарай ток (I_d ден белгіленген) ағады. Бірақ, егер бекітпеге теріс таңбалы потенциал түсірілсе, p-n - өткелдің аймағында кедейленген қабат пайда болады да, бұл жағдай арна өткізгіштігінің нашарлауына келтіріп I_d – токтың кемуіне әкеліп соғады.

Яғни, бекітпеге (затворға) түсірілген кернеу арна өткізгіштігін басқарады; теріс кернеу мәнінің шамасы неғұрлым үлкен болып өссе, соғұрлым құймадан (стоктан) бастауға (истокқа) ағатын ток кемиді. Бекітпе–арна өткелі әрдайым кері бағытта ығысқан, және бұл ауысу (өткел) арқылы шамасы сәл ғана бекітпе тоғы ағады, бірақ оны әдетте елемейді.

    Егер бекітпеге түсірілген теріс таңбалы кернеу шамасын арттырсақ; I_d - ток ағуын тоқтатуы да мүмкін. Міне, осыған жеткізетін бекітпе кернеуі қиылу кернеуі немесе арнаның қабысу (жабылып қалу) кернеуі деп аталады. Оның әдеттегі мәні (шамасы) ~ 5 В. Жоғарыдағы 1.23 б Суретте ӨТ –нің әдеттегі (типті) шығыс сипаттамаларының (ВАС-тарының) тобы (үйірі) көрсетілген. Көп жағынан ӨТ электронды шамға ұқсайды, себебі бұл аспапта (яғни ӨТ) кернеумен электронды шам сияқты басқарылады. ӨТ – нің балама схемасы өте қарапайым. Бұл схемаға кіретіндер келесі:

кіріс кедергі және сыйымдылық;

ток генераторы және шығыс резистор.

                                5.2- Сурет. ӨТ-нің балама схемасы

Бұл балама схеманың құраушылары компоненті үшін әдеттегі шамалар келесі

R _in = 1 000 МОм

C _in = 30 п Ф

R _out = 250 к Ом

g _m   =  2 мА/В

Егер R_L резисторының кедергісінің шамасы жарамды (қолайлы) болса,бұл жағдайда, нақты схемалардың бәріне арналған сияқты, толық кіріс кедергі C _in  - конденсаторымен анықталады, ал кернеу бойынша күшейту коэффициенті g _m * R_L – ге тең.

Жоғарыда қарастырылған транзистор бекітпе ретінде p-n ауысуы бар n – арналы ӨТ деген аталымға иеленген. Бұл ӨТ кедейленген режімде жұмыс істейді. Режімнің осылай аталу себебі бекітпеге (затворға) түсірілген кернеу шамасын өзгерте отырып, арна өткізгіштігін кемітуге болады, яғни кедейленген қабатты тудыруға (жасауға) болады. Егер төсеніш ретінде р – типті кристалл алынса, бекітпе ретінде p-n- ауысуы бар р- арналы ӨТ-ні аламыз. Ол да жоғарыдағы қағида бойынша жұмыс істейді, бірақ кернеу көздерінің кері полярлықпен қосылған жағдайында. ӨТ-нің басқа бір түрі – ол бекітпесі оқшауланған ӨТ. Бұл транзистордың екінші аты – құрылымы металл – диэлектрик – шала өткізгіш ӨТ немесе МД ШӨ - транзистор (МОП - транзистор). Бұл транзисторда бекітпе арнадан оқшауланған.

Төмендегі 5.3 – Суретте МОП – транзистордың құрылымы көрсетілген.

          5.4 – Сурет. Байыту режимінде жұмыс істейтін ӨТ-нің құрылымы

Диффузияның көмегімен р- типті төсеніш ішінде n- типті екі аймақтар (“қалталар”) қалыптастырылады. Бұл “қалталар” арасында кристалдың бетінде кремний тотығының (SiO) оқшаулау қабаты өсіріледі. Содан кейін бұл тотықтың бетінде  Al – қабатын тозаңдатады да, бұл металл қабатын бекітпе ретінде пайдаланады. Міне, осындай транзистордың 4-шықпасы болады. Егер төсеніш пен бекітпе тұйықталып қосылған болса, онда бастау (исток) мен құйма  (сток) арасында жүретін ток – ол ағып кету тоғы. Егер бекітпеге түсірілген потенциал базаға қатысты оң таңбалы болса, электрондар база бетіне тартылып, n-типті екі аймақтар арасындағы өткізгіштікті арттырады. Екі n-типті “қалталар” арасында ағатын құйма тоғын (тек сток) бекітпе-төсеніш кернеуінің (U_бт) көмегімен басқаруға болады. Бұл схеманың жұмыс істеу қағидасы бекітпедегі (затвордағы) кернеудің өзгеруі мен бастау мен құйма арасындағы арнаның өткізгіштігінің өзгеруіне негізделген, сондықтан осындай транзистордың аталымы “n” – арналы МОП – транзистор ( немесе екінші аты оқшауланған бекітпесі болатын транзистор), ал жұмыс істеу режімінің аты – “байыту” режімі. “Кедейленген” режімде жұмыс істейтін МОП – транзисторлар да бар. Осындай транзистор құралымы келесі беттегі 5.5 Суретте келтірілген.

    Мұндай транзисторлардың бастау және құйма аймақтары n-типті жұқа қабатпен қосылған. Бастау-құйма тоғын басқару үшін бекітпеге базаға қатысты теріс таңбалы кернеу түсіріледі (дәл осылай p-n-өткелі бар ӨТ-транзисторда істегенбіз). Міне, осындай транзисторды кедейлену режімінде жұмыс істейтін n-арналы МОП-транзистор деп атайды. Әрине қарастырылған екі режімдерде (байытылған және кедейленген) жұмыс істей алатын МОП-транзисторлардың р-арналары да бар.

          5.5 – Сурет. Кедейлену режимінде жұмыс істейтін ӨТ-нің құрылымы

        5.6 – Сурет. Кедейлену және байыту режимінде жүмыс істейтін ӨТ-нің  

                                      құрылымы                                  

P.S. БПТ-мен ӨТ-ні салыстыратын болсақ, ӨТ-де шығыс тоқты басқару заряд тасушылардың диффузиясымен емес, (БПТ-дегідей) электр өрісінің әрекетімен орындалады. Яғни, идеал жағдайда басқару эффектке энергияның шығынысыз (кіріс тоқтың шамасы нөльге тең) қол жеткізуге болады. ӨТ-лердің екі үлкен тобы бар:

Басқарылатын p-n-өткелі болатын ӨТ-лер (Junction Field Effect Transistor – JFET); арнаның басқарушы кернеу көзінен оқшаулануы кері ығысқан p-n-өткелмен қамтамасыз етіледі;

МДП (МДШӨ) құрылымды ӨТ-лер (MOSFET, MISFET – Metal-Oxide (Onsulatur) – Semiconductor Field Effect Transistor); оқшауландыру кремнийдің қос тотығымен қамтамасыз етіледі (арнаны бекітпе электродынан оқшаулайды) Flash- карты

.

                       5.7 Сурет- Flash- картасы

6 Бір p-n-ауысуы бар транзистор

    Бір p-n-ауысуы бар транзистор немесе бір өткелді транзистор дегеніміз – бұл үш шықпалары болатын аспап. Оның құрылымы өткізгіштігі n-типті тілімнен (Si -кристаллынан) жасалады. Тілімнің екі шетіне түйіспелер 6.1 а Суретте көрсетілгендей бекітіледі. Эмиттер деп аталатын р-типті аймақ диффузия көмегімен тілімнің ортасында қалыптастырылған.

а)                         б)                                       в)

                         6.1 – Сурет. Бір өткелді транзистор:

                                        а – құрылымы;

                                      б – балама сүлба;

                             в – релаксациялық генератор

    Егер эмиттер тізбегі айырылған (ажыратылған) болса V₁ деп белгіленген кернеудің мәні (шамасы) тілім бойымен кернеудің үлестірілуімен анықталады. Бұл үлестірілген кернеу V _EO деп белгіленген (6.1 б – Сурет ). Егер V _EВ1 кернеу V _EO кернеуден асып түссе, яғни V _EВ1 >V _EO болса, онда тілім ішіне кемтіктердің инжекциясы басталады да, бұл жағдай өткізгіштіліктің өсуіне келтіреді. Осының нәтижесінде R _B1 кедергі кемиді, ал бұл өз жағынан R _B1 мен R _B2 өткелде кернеу түсуінің пайда болуына себепші болады. Сонымен, үдей түсіп өсу эффекті басталады да, R _B1 кедергі елеусіз аз шама болғанға дейін бұл эффект жүреді.

    Жоғарыда 6.1 в – Суретте бірөткелді  транзистор негізінде жиналған релаксациялық генератор көрсетілген. Бірөткелді транзисторлардағы генераторлар тиристорлық тұтандыру схемаларында кеңінен қолданыс тауып жүр.

    Шығыс сигналдарының формасына тәуелді генераторларды екі түрге бөледі:

гармоникалық тербелістер генераторы;

релаксациялық (импульстік) тербелістер генераторы.

     Гармоникалық тербелістер генераторы беретін сигналдық спектрінде бір немесе бірнеше гармоникалар болады. Релаксациялық (импульстік) генератордың шығысындағы тербелістер амплитудалары өлшеулесті болатын гармоникалардың кең спектрінен тұрады. Импульстік (релаксациялық) генераторлардың өздері де импульстердің периодты реттілік (тізбек) генераторы және импульстердің кодалық топ генераторы болып бөлінеді.

5 Кремнийден жасалған басқарылатын диод және тиристорлар тобы (үйірі)

Кейде “Si”-ден (кремнийден) жасалған басқарылатын диодты тиристор деп те атайды, ал “тиристор”  аталымы (термині) сондай-ақ электрондық құраушылардың бірқатарын (үйірін) сипаттау үшін де пайдаланылады. Шын мәнінде, Si-ден жасалған басқарылатын диод – бұл үш шықпасы бар төрт қабатты аспап. Оның құрылымы 7.1 а Суретте, ал схемаларда белгілеу үшін қолданылатын сәйкесті символ 7.1 б  Суретте көрсетілген.

    а)                         б)                                  в)

              7.1 – Сурет. Кремнийден жасалған басқарылатын диод:

                                  а – құрылымы;

                           б – символдық белгіленуі;

                           в – транзисторлық аналог.

     Егер анод пен катод аралығына оң таңбалы кернеу түсірілсе, шамасы сәл ғана ток пайда болады, себебі орталық ауысу (центрлік өткел) кері ығысқан болып қалады. Кернеудің шамасын өсіргенде оның белгілі бір мәнге жеткенде тоқтың көшкіндік өсу процесі басталады. Бұл процесс тек қана сыртқы тізбектің кедергісімен шектеледі. Көшкіндік процесс басталғаннан кейін тоқтың шамасын “ұстау тоғы” деп аталатын сандық деңгей шамасына дейін төмендетуге болады.

    Алайда (дегенмен), басқарушы электродқа оң таңбалы импульсті түсіріп, көшкіндік процесті инициализациялауға болады. Жоғарыда қарастырылған

жағдайдағыдай, ток жүре бастағаннан кейін оны (токты) тек “ұстау тоғы” деңгейінен төменгі шамаға дейін кемітіп тоқтатуға болады. Тәжірибе жүзінде мұны анод пен катодты конденсатор көмегімен немесе осы сияқты жолмен лезде қысқа тұйықтап та істеуге болады.

     Тиристорды іске қосу үшін керек болатын басқарушы электродтың тоғы жеткілікті аз (төмен). Мысалы, қуатты тиристор ішінде 50 А асып түсетін токтар жүре алады, ал бұл жағдайдағы басқарушы электрод тоғының шамасы 20 мА.        

                                  7.2 – Сурет.Тиристордың ВАС-сы

     Көшкіндік эффект әрекетін 7.1 в  суреттегі p-n-p/ n-p-n қос транзисторлар жұмысының бет алысымен қарастырып түсіндіруге болады. Оң таңбалы импульс басқарушы электродқа келіп түскеннен кейін TR₁ және TR₂ деп белгіленген транзисторлардың екеуі де бірден ашылады. Міне, осындай схема катодпен-басқарылатын тиристор деп аталады. Егер n-p-n-p – құрылымдар пайдаланылса анодпен басқарылатын тиристор болып шығады. Бұл тиристорды іске қосу үшін теріс таңбалы басқарушы импульс керек болып шығады. Тиристорлар токты тек бір бағытта ғана өткізе алады. Егер бір корпус ішінде анодпен басқарылатын және катодпен басқарылатын тиристорларды қосып жасасақ, екі бағытта да ток өткізетін екі бағытты тиристор деп аталатын, немесе триак деп аталатын аспапты аламыз. Міне осындай құрылым және оның символдық белгіленуі 7.3 Суретте көрсетілген. Екібағытты тиристорлар айналымы ток схемаларын басқару үшін кеңінен қолданылады.

                                а)                                           б)

                   7.3 – Сурет. Екі бағытты тиристор:

                                       а – құралымы;

                             б – символдық белгіленуі;

Сонымен қатар, жоғарыда сипатталған көшкіндік эффекттің негізінде жұмыс істейтін екі шықпасы болатын төрт қабатты аспапты да жасауға болады. Бұл аспаптың аталуы – диак  немесе екібағытты диодты тиристор. Осындай аспаптың МТ₁ және МТ₂ деп белгіленген шықпалардың арасындағы кедергісі көшкіндік процестің басталу кернеуінің шамасына жеткенше өте жоғары дәрежеде қала береді, яғни ток өткізбей оқшауланған болып тұрады. Көшкіндік процестің басталу кернеуіне жеткенде өткізгіштілігі артады (өседі) да, кернеу төменгі деңгейге дейін түседі, ал ток тек қана сыртқы кедергімен шектелінеді. Бұл жерде де  бұрынғыдай аспаппен жүретін ток оның шамасы ұстау тоғының деңгейінен төмен түскеннен кейін ғана тоқтайды.

7.4 Сурет – Тиристорлар тобының шартты белгіленуы мен симмистордың ВАС-сы

8 Күшейткіштік жұмыс нүктесін тұрақтандыру

     «А» режимінде жұмыс істейтін күшейткіш каскадтардың температура өзгергенде, транзисторды ауыстырғанда, транзистор және резисторлар ескіргенде жұмыс істеу қабылетін қамтамасыз ету үшін жұмыс нүркесін тұрақтандыру схемалары қолданылады. Мысалыға температура өскен кезде коллектордың тыныштық тоғы І_ок өседі, осыған байланысты күшейткіштің ПЭК коэффициенті кемиді де, күшейткіш қызып кетеді. Ал, егер температура төмендесе, коллектордың тыныштық тоғы кішірейіп, түзу сызықты емес бұрмалаулар өседі, сонымен қатар шығыс кернеу, тоқ және қуат төмендеп, күшейткіштің күшейту коэффициенті кемиді.

Биполярлық транзистор каскадтарында ең көп таралған тұрақтандыру схемасы – эмиттерлік тұрақтандыру (8.1,а  сурет). Бұл схемада тұрақтандыру R_Э резисторы арқылы жүретін тұрақты тоқ бойынша пайда болатын теріс кері байланыс (ТКБ) арқылы іске асырылады.

8.1 Сурет – Тұрақтандыру схемалары

а) эмитерлік тұрақтану

б) коллекторлық тұрақтану

Кері байланыс (КБ) деп күшейткіштің шығысынан кірісіне көрнеудің бір бөлігін беруді айтады. Ал, теріс деп аталатыны бұл көрі кернеу кіріс кернеуге фаза бойынша қарама - қарсы болып, сигналды кемітеді. Бұл схемада айнымалы тоқ бойынша теріс кері байланыс болмау үшін резистор  R_Э үлкен сыйымдылығы болатын С_Э конденсатормен тұйықталады.

     Схеманың қалай жұмыс істейтінін көрейік. База мен эмиттер арасындағы кернеу

                                U_об=U_R2 -U_Rэ                                                        (32)

     Егер, қандай да болмасын себептен, жұмыс нүктесі жүктеме сызығымен жоғары жылжып, коллектор тоғы өссе, (ә-Сурет), онда эмиттер тоғы да өседі.

І_оэ=І_ок +І_об =І_ок                                                                                     (33)

(база тоғы кішкентай болғандықтан). Сондықтан  R_Э - резисторына түсетін кернеу  U_Rэ өседі. Осыған байланысты U_об - кернеуі абсолют жағынан кішірейіп, базадағы кернеу бұрынғыға қарағанда оң мәнді болады да (І) формуланы қара), база тоғы кішірейіп, І_ок = β І_об  өрнегіне сәйкес коллектор тоғы да кішірейеді.

8.2 Сурет – Күшейткіштердің шығыс сипаттамалары

Сөйтіп, коллектор тоғының қандай-да болмасын себептен өсуі (температура әсерінен, ток көзінің өзгеруінен және т.б.) теріс кері байланыстың арқасында теңгеріліп, бұрынғы қалпына келеді , яғни жұмыс нүктесі өзінің орнына оралады.

Бұл схемадан сирегірек түрде коллекторлық тұрақтандыру схемасы қолданылады. Мұнда жұмыс нүктесі орнының тұрақтандырылуы кернеу бойынша параллель теріс кері байланыс арқылы іске асырылады (1,б Сурет). Теріс кері байланыс (ТКБ) резисторына R_кб қоректену көзінің көрнеуі   Е_қ   мен  R_к  резисторына түскен кернеудің айырымы түсіп тұр. Қандай да болмасын себептен тыныштық коллектор тоғы І_ок өссе, онда І_окR_к түсу көрнеуі өседі де, R_кб - резисторына түсетін кернеу U_Rок азаяды, сондықтан база тоғы кеміп, ол коллектор тоғының азаюына  келтіреді. Сөйтіп, кері процесс жүреді, яғни коллектор тоғының қандай да бір себептен ұлғаюы болмайды. Коллекторлық тұрақтандыру R_к - резисторында кернеу түсуі үлкен болғанда, тоқ беру коэффициенті β    көп өзгермегенде ғана айтарлықтай нәтиже береді.

Көп жағдайларда каскадтарда тек температуралық тұрақтандырылу қолданылады, оның көп схемалық түрлері бар. Мысалы, тек жартылай өткізгіш диодтың көмегімен  температуралық тұрақтандыруды орындайтын схеманы қарастырайық  (8.3 – сурет). Бұл схемада температура өскенде кедергісі азаятын, ал температура төмендегенде кедергісі ұлғаятын жартылай өткізгіш диод, тыныштық тоғының тұрақтылығын, ығысу кернеуін (U_об – кернеуін) керекті жағына қарай автоматты түрде өзгертіп сақтап тұрады.

8.3 –Сурет Диодтық температуралық теңгеру схемасы

Дегенмен, жартылай өткізгіш аспаптар көрсеткіштерінің үлкен шашыралуынан жұмыс нүктесін теңгеруін (яғни жұмыс нүктесінің температураға байланысты өзгеруін болдырмау) орындау үшін диод пен транзисторды біріне-бірін температура бойынша сәйкестендіріп, таңдап алынуы керек. Бұл осы схеманың кемшілігі болып табылады.

9 Күшейткіштер туралы түсінік. Операциялық күшейткіш

    Операциялық күшейткіш (ОК) – бұл дифференциалдық кірмесі бар модульдік көп каскадты күшейткіш, өзінің сипаттамасы бойынша ойдағы “идеалды күшейткішке” жуығырақ күшейткіш.

9.1–Сурет Күшейткіштің құрылымдық схемасы.

Күшейткіш каскадтың жалпылама структуралық схемасы 9.1 Суретте көрсетілген. Күшейткіштің кірісіне (1-2 қысқыштар) электр қозғаушы күшінің (ЭҚК) әрекеттестік мәні  e_r , ішкі кедергісі R_r  кіру сигналының көзі қосылған. Кішкене қуатты кіру сигналы жоғарғы дәрежедегі қуаты бар қоректену көзінің энергиясының шығынын басқарады. Демек, басқарушы элементті (мысалы транзисторды) және өте қуатты қоректену көзін пайдалана отырып, кіріс сигналдың қуатын күшейтуге мүмкіндік бар.

Күшейткіштің шығыс тізбегінде күшейтілген сигнал әрекет етеді, ол схемада шығыс кедергісі R_шығ бар KU_кір кернеу көзімен анықталған. Күшейтілген сигналдың энергиясын пайдаланатын сыртқы жүктеме R_ж күшейткіштің шығысына қосылған (3-4 қысқыштар).

Күшейтілген сигналдардың түріне қарай күшейткіштерді екі топқа бөлуге болады.

1) Гармоникалық сигналдардың күшейткіштері әртүрлі шамадағы және формадағы гармоникалық және квазигармоникалық (гармоникалық деп есептеуге болатын), яғни периодтық сигналдарды күшейтуге арналған : Мұндай күшейткіштерге: микрофондық, трансляциялық және магнитофондық күшейткіштер, күй табақтарын ойнату күшейткіштері, көптеген өлшегіш күшейткіштер және т.б. жатады.

2) Импульстік сигналдардың күшейткіштері  әртүрлі шамадағы және формадағы периодтық және периодтық емес сигналдарды күшейтуге арналған. Импульстік күшейткіштерге: байланыс жүйелерінің импульстік күшейткіштері, теледидар бейнелеу сигналдарының, импульстық радиолокациялық құрылғылардың, электрондық есептеу техникасы тетіктерінің, реттеу және басқару жүйелерінің күшейткіштері жатады.

Күшейтілетін жиіліктерінің абсолюттік мәндеріне және жиілік жолағының ұзындығына (диапозонына) байланысты күшейткіштер мынандай түрлерге бөлінеді :

Тұрақты ток күшейткіштері (ТТК) – төменгі жиілігі f_T =0 –ден жоғарғы жиілігі f_Ж =20кГц –ке дейінгі жиілік жолағындағы электрлік сигналдарды күшейтуге арналған.

Төменгі жиілік күшейткіштері (ТЖК) - f_T=100 Гц –тен f_Ж =100 кГц –ке дейінгі жиілік жолағындағы айнымалы ток сигналдарын күшейтуге арналған. Жоғарғы жиілік күшейткіштері - f_T=100 кГц –тен f_Ж =100 МГц –ке дейінгі жиілік жолағындағы сигналдарды күшейтуге арналған. Кең жолақты және импульстік күшейткіштер - f_T – бірнеше кГц –тен f_Ж – бірнеше МГц –ке дейінгі жиілік жолағындағы сигналдарды күшейтуге арналған.

    Күшейткіштердің көрсеткіштері

    Күшейткіштің жұмысын әртүрлі көрсеткіштер сипаттайды.

    1) Күшейту коэффициенттері.

    Кернеу U (тоқ І немесе қуат P) бойынша күшейту коэффициенті делініп, күшейткіштің шығу жағындағы күшейтілген шаманың күшейткіштің кірісіндегі соған сәйкес шамадан қанша есе үлкен болатынын көрсететін сан айтылады.

    Кернеу бойынша күшейту коэффициенті :

K_U = U_шығ / U_кір  , мұнда U_шығ – күшейткіштің шығыс жағындағы кернеу мәні, U_кір – кіріс кернеу мәні.

Ток бойынша күшейту коэффициенті :

K_І = І_шығ / І_кір  , мұнда І_шығ – күшейткіштің шығыс жағындағы ток мәні, І_кір – кіріс ток мәні.

Қуат бойынша күшейту коэффициенті :

K_p = P_шығ / P_кір , мұнда P_шығ  – күшейткіштің шығысындағы қуат, P_кір – кіріс қуаты.

     Күшейту коэффициенттерін логарифмдік бірліктерде көрсету өте ыңғайлы, өйткені адамның құлағы қабылдайтын дыбыс қаттылығы соған сәйкесті дыбыс энергиясының өзгеруінің логарифміне пропорционал екені анықталған. Сондықтан, күшейту коэффициенттерін логарифм түрінде былай жазамыз

    K_U (дБ) = 20 Lg(U_шығ / U_кір ) = 20 Lg K_U ,

    K_І (дБ) = 20 Lg(І_шығ / І_кір ) = 20 Lg K_І ,

    K_p (дБ) = 20 Lg(P_шығ / P_кір ) = 20 Lg K_p .                                       (34)

Мұнда «дБ» - децибелден қысқартылып алынған.

Егер, K_U (дБ) = 3дБ болса, онда шығыс кернеуі U_шығ  кіріс кернеуінен U_кір –ден 1,4 есе артық деген сөз, яғни жәй күшейту коэффициенті K_U = 1,4 .

    Егер, күшейткіш бірнеше каскадтардан тұрса (мысалға n – каскадтан) онда олардың жалпы күшейту коэффициенті

                                                                    (35)

    2) Шығыс қуат

                                P_шығ = U²_шығ.m / 2*R_ж ,                                          (36)

 мұнда  R_ж – белсенді жүктеме, U_шығ.m – шығыс кернеудің максималь мәні.

    3) Пайдалы әсер коэффициенті /ПӘК/

                                η= P_шығ / P₀ ,                                                        (37)

мұнда P_шығ – күшейткіштің жүктемеге беретін пайдалы шығыс қуаты, P₀ – транзистордың коллекторлық ток көзінен пайдаланатын қуаты.

    4) Күшейткіштің сезімталдығы. Бұл көрсеткіш күшейткіштің өте кішкентай сигналдарды қабылдап, соларды күшейте алатын қабілетін көрсетеді. Күшейткіштің сезімталдығы күшейтілетін өте кішкентай кернеулермен және қуаттармен анықталады. Қазіргі күшейткіштің күшейте алатын ең кішкене кіріс кернеуінің мәні U_кір.mіn = 10^-6 В , ең кішкене қуаттың мәні P_кір.mіn = 10^-6 ~ 10^-7 Вт.

    5) Күшейткіштің кіріс және шығыс кедергілері.

    Кіріс сигналдың көзінен алынатын қуат, кіріс кедергіде бөлінеді, яғни

    P_кір = U_кір * І_кір = U²_кір / R_кір = І²_кір * R_кір ,                                         (38)

мұнда U_кір және І_кір – күшейткіштің кірісіндегі кернеу мен токтың әрекеттестік мәндері.

    Осыдан көрініп тұрғаны келесі: кіріс кедергі R_кір = U_кір / І_кір  айнымалы кіру сигналы үшін күшейткіштің кіріс қысқыштарының арасындағы кедергі болып табылады. Күшейтілетін сигнал үшін күшейткіштің шығыс кедергісі R_шығ (жүктеме кедергісі алынып тасталғанда), күшейткіштің шығыс қысқыштарының аралығымен анықталады.

10 Күшейткіштердегі кері байланыс. Кері байланыстың түрлері

     Күшейткіштердегі кері байланыс деп күшейткіштің шығыс тізбектерінен сигналдың бір бөлігін кіріс тізбектеріне беруді қамтамасыз ететін электрлік тізбектердің арасындағы байланысты айтады (10.1 Сурет). Күшейткіштің І – шығыс сигналының бір бөлігі (U_шығ кернеуінің немесе І_шығ тоғының бөлігі түрінде) КБ-2 тізбегі арқылы кері байланыс сигналы (І_кб  не U_кб) түрінде кіріс нүктеге барып қосылады.

10.1 Сурет - Кері байланысы бар күшейткіштің құрылымдық схемасы.

Бұл сигнал кіріс сигналымен қосылуы немесе одан алынуы мүмкін. Егер де кіріс сигналдың кернеуі U_кір мен кері байланыс сигналының кернеуі U_кб фаза бойынша сәйкес болып, бірімен-бірі қосылса, онда мұндай кері байланысты оң деп атайды. Бұл жағдайда күшейткіштің кірісінде үлкейген сигнал U₁ әсер етеді. Егер де, кері байланысты қосқанда кіріс сигналдың кернеуі U_кір мен кері байланыс сигналының кернеуі U_кб фаза бойынша қарама-қарсы болса, демек олар бірінен-бірі алынса, онда мұндай кері байланыс теріс деп аталады.

11Тұрақты ток күшейткіштері (ТТК)

11.1 Тұрақты ток күшейткіштері

     Күні кешегі уақытқа дейін тұрақты ток күшейткіштердің  (ТТК-лардың) сипатталуы егжей-тегжейлі болатын.  Себебі ТТК-лар дискретті элементтердің  негізінде жасалатын. ИС-технологиясы аппаратураларды жетілдірушілерге сипаттамалары өте жақсы, арзан (жеке транзистор бағасынан аспайтын) ТТК-лармен пайдалануға мүмкіндік ашты.  Қазіргі кезде ТТК-лар стандартты блоктар ретінде қарастырылады да, өте сирек жағдайларда жетілдіруші күшейткіштің бұл түрін өз бетімен құрады (жинайды).

11.2 Негізгі қағидалар

Әдеттегі айнымалы ток күшейткіштерінде (АТК-ларда) бірінен соң бірі болып жалғанатын каскадтарды байланыстыру үшін конденсаторлар мен трансформаторлар қосылады. Байланыстың бұл түрі айнымалы ток бойынша болғандықтан, ығысу параметрлері әрбір каскад үшін мүлде тәуелсіз. Сірә, ТТК-ларда мұндай әдіспен пайдалануға болмайды,  себебі каскадтар арасындағы тікелей байланыс принципиалды түрде қажет.

Ал, бұл тікелей байланыс кейбір мәселелердің пайда болуына әкеліп соғады. ТТК, төмендегі  6 Суретте салынған схемаға ұқсауы тиіс.

11.1–Сурет Қарапайым ТТК

Өкінішке орай, мұндай схеманың жұмыс істемеуінің  бірқатар себептері бар. Транзисторлардың  сипаттамалары  температура өзгергенде және аспаптан (транзистордан)  екіншісіне көшкенде жеткілікті кең ауқымда өзгереді. ТТК-ларға қатысты ең маңызды келесі транзистордың сипаттамалары жатады:

-       база-эмиттер арасындағы кернеу (V_be);

-       коллектордың бастапқы тогы.

База – Эмиттер аралығындағы  V_be-кернеу  температура  градусқа  өзгергенде 2мВ-ке өзгереді. Күшейткіш V_be-кернеуінің өзгеруі температураның  өзгеруінен немесе кіріс сигналының өзгеруінен  болғанын ажырата алмайды. Көптеген қолданыстар үшін күшейткіштің кіріс сигналы  шамасы бірнеше милливольт кернеумен алынады да, бұл жағдай қарапайым күшейткішті (қоршаған орта температурасы әсер ететіндігінен) тек өзін ғана пайдалануға мүмкіндік береді.

Ал, енді, коллектордың бастапқы тогын қарастырсақ, ол да коллекторлық кернеудің шамасын өзгертеді. Өз жағынан бұл коллекторлық кернеу келесі каскад үшін  кіріс сигналы болып табылады. Сонымен, бұл коллекторлық бастапқы ток та, температураға тәуелді, яғни  (11.1-Суретте) келтірілген схема термометр ретінде пайдалану  үшін жарайды да, ал күшейткіш ретінде жұмыс істеу екіталай!

12 Дифференциалдық күшейткіш

     Тұрақты тоқ күшейткіштері уақыт бойынша өте жәй өзгеретін сигналдарды, соның ішінде жиілігі нөлге тең, яғни тұрақты тоқ сигналдарын күшейтуге арналған. Міне, сондықтан ТТК-нің амплитудалы – жиіліктік сипаттамасы 12.1-Суретте көрсетілгендей болады.

    Тұрақты тоқ күшейткіштері электрондық моделдейтін машиналар мен кернеулерді цифрлық кодқа түрлендіргіштердің негізгі элементтері болып табылады. Сонымен қатар, электрлік және электрлік емес сигналдарды автоматтық түрде реттеуде және өлшеуіш құрылғыларда кеңінен қолданылады.

12.1 – Сурет

    Тұрақты тоқ күшейткіштерінің басқа күшейткіштерге қарағанда мынандай ерекшеліктері бар :

    1) Каскадтар арасындағы байланыс элементтері реттеу реактивтік элементтерді (С,L,трансформаторды) қолдануға болады. Сондықтан әрбір каскадтың (екі көрші каскадтың) жұмыс нүктесін анықтайтын потенциалдар деңгейін бір – бірімен келістіру керек, сонымен қатар күшейтілетін сигналдар кезін күшейткішпен, ал ТТК – нің шығысын жүктемемен келістіру керек;

    2) Дрейфке байланысты. Шығыс кернеудің кіріс кернеу жоқта, күшейткіштің ішіндегі процестер әсерінен туатын өзгерулерін күшейткіштің “ноль дрейфі” деп атайды. Абсолюттік ноль дрейфі - ∆U_{шығ др}. , берілген уақыт аралығында тұйықталған кірісте, шығыс кернеудің максимальды өзгеруімен анықталады.

    Дрейфдің себептері болып келесі тұрақсыздандыратын факторлар айтылады :

    а) қоректену көзінің тұрақсыздығы;

    б) ТТК-нің транзисторларының температураның өзгеруіне байланысты дрейфі;

    в) схеманың элементтерінің біртіндеп ескіруінен болатын дрейф;

    г) транзисторлардың эмиттерлерінің инжекциялық қасиеттерінің тұрақсыздығы.

    Тұрақты тоқ күшейткішінің сапасын күшейткіштің кірісіне келтірілген дрейфтің кернеуімен (келтірілген дрейф деп аталады) бағалайды, яғни

    U_дрк =  ∆U_{шығ др}./ K_u , мұнда K_u – күшейткіштің кернеу бойынша күшейту коэффициенті.

    Дрейфті азайту тәсілдері :

1)              стабилизацияланған (тұрақтандырылған) қоректену көздерін қолдану;

2)              терең теріс кері байланысты қолдану (дрейфтің барлық түрлерін азайтады);

3)              жұмыс режимін термостабилизация жасайтын схемалар қолдану;

4)              шектелген тұрақсыздығы бар ТТК схемаларын (жұп схемалар, параллельді ө балансты схемалар) қолдану.

5)   тұрақты тоқ сигналдарын айнымалы тоқ сигналдарына айналдырып, күшейтіп алып, қайтадан тұрақты тоққа айналдыру схемалары (модуляция және демодуляция схемалары).

Дифференциальдық күшейткіш каскадтар.

    ТТК-ның дрейфін азайтудың шұғыл амалы – параллельді – байланысты (дифференциальдық) каскадтарды қолдану болып табылады. Дифференциальдық каскадтың қарапайым түрі 12.2-Суретте көрсетілген.Балансты схема деп аталуы, бұл каскадтың шығыс тізбегі балансталған көпір болып табылады, оның бір диагоналына қоректену көзі қосылып, ал екінші диагоналына шығыс кернеу (3-4 нүктелерінің арасына) қосылады. Көпірдің бірінші екі иығындағы бірінеөбірі параллель резисторлар R_K1 мен R_K2 біріне-бірі шама жағынан тең де, ал екінші иығындағы біріне-бірі параллель екі транзистор көрсеткіштері бірдей болатындай етіліп тандап алынады. Сондықтан, жалпылай схема параллельді балансты деп аталады. Және схема өте симметриялы. Осындай резисторлары R_K1 мен R_K2  біріне-бірі тең, бірдей транзисторлары T₁ мен T₂ бар идеальды каскадта қоректену көзінің кернеу өзгеруі толығымен баланстанады да каскадтың шығу тізбегінде кернеу нольге тең болады. R_э – резисторы транзисторлардың тоғын тұрақтандыру үшін қойылған. Дифференциальдық каскадтың кірісіне (1 және 2 нүктелері арасында) кіру сигналдары U_кір1 мен U_кір2 –лерді берсек, онда каскадтың шығысындағы кернеу (3 пен 4 нүктелерінің арасындағы)

U_шығ = U_к2 - U_к1 = K_д (U_кір2 - U_кір1)                                               (39)

Мұнда K_д – дифференциальдық сигналдыкүшейту коэффициенті. Сондықтан, каскадтың дифференциальдық  деп аталуы: 1) ол тек қана дифференциальдық /айырмашылдық/ сигналдарды күшейтеді; 2) бірінші және екінші кірістер арасындағы сигнал кернеуінің айырмасын. U_кір2 - U_кір1 айырымы, 3) U_кір2 мен U_кір1 кернеулерінің белгілері әртүрлі болса, яғни фаза бойынша қарама-қарсы болса ғана өте үлкен болады, себебі бұл жағдай олардың абсолюттік мәндері қосылады : мұндай кіріс сигнал дифференциальдық кіріс сигнал деп аталады. Егерде, U_кір2 мен U_кір1 бірдей фазада болса, онда сигнал синфазалы деп аталады. Дифференциальдық каскадтың симметриялық кірісіне (1 және 2 нүктелер арасында) симметриялы синфазалы сигнал берсек, яғни U_кір2 = U_кір1 , онда олардың айырымы нольге тең болады да, симметриялық  дифференциальдық каскадтың шығысында сигнал болмайды (бұл (1) формадан көрініп тұр).

     Сөйтіп, дифференциальдық каскад синфазалық сигналды әлсіретіп, дифференциальдық сигналды күшейтеді.

     Бірақ, шындығында дифференциальдық каскад толығымен симметриялы бола алмайды, себебі дәлме-дәл бірдей R_к1 мен R_к2 –ны, көрсеткіштері тура бірдей T₁ мен T₂ транзисторларын таңдап алуға болмайды. Сондықтан, синфазалық сигнал бергенде дифференциальдық каскадтың шығысында кішкентай кернеу ∆U_сф болады.

Синфазалық сигналды күшейту коэффициенті

                                         K_сф = ∆U_сф / ∆U_{кір сф} .                                  (40)

Тұрақты ток күшейткіштерінде (ТТК-ларда) жаппай (барлық жерде) дерлік келесі бетте келтірілген схема қолданылады(12.2-Сурет).

Келесі транзисторлар: TR1 және TR2 арнайы бірдей сипаттамаларымен таңдап алынады. Әсіресе маңызды жағдай  -  бұл сипаттамалар температураның өзгеруі – мен бірдей өзгеруі тиіс.  Егер күшейткіш  (ТТК) дискретті компоненттер негізінде жиналатын болса, онда транзисторлар ерекшк ұқыптылықпен таңдап алынады да, температуралар теңдігін ұстап тұру үшін олар жылу әкеткіштермен қамтамасыздандырылады. Күшейткішті интегралыдқ түрде  қалыптастырғанда сипаттамалар  автоматты түрде дәлдеседі, ал температуралық тұрақтылық микросхеманың корпусымен қамтамасыздандырылады.

12.2-Сурет Тұрақты токтың  диффиренциялдық күшейткіші.

Интегралдық технология ыңғайымен жоғарыда айтылған мәселелерді шешудің нәтижесінде  V_be кернеудің  өзгерістері коллекторлық  кернеудің бірдей өзгеруіне  келтіреді. Ал, егер R₃-резисторды шамасы тұрақты ток көзі ретінде қарастырсақ, онда коллекторлық токтарға және  кернеуге ештеңе әсер етпейді десе де болады. Оның үстіне,   TR1 және  TR2 транзисторлардағы жүретін өзгерістердің бәрі болатындықтан дифференциялды шығыс кернеу өзгеріссіз болып қала береді.

Бастапқы токтың (коллектор тогының) өзгерулері транзисторлардың екеуіне де бірдей болатындықтан шығыс кернеуінің айтарлықтай өзгерісіне келтірмейді.

ТТК-ның кірістеріне амплитудасы және фазасы бойынша бірдей екі кіріс  сигналдары келіп түссін делік.  Бұл сигналдар транзистордың екеуінде де коллектор тогының бірдей өзгеруін береді, ал  бұның нәтижесінде шығыс кернеуі нөлге тең болып шығады. Егер кіріс сигналдар айырмашылықта болса, коллекторлық тоқтар да айырмашылықта болады. Бұл жағдайда шығыс кернеу  екі кіріс сигналдар кернеулерінің күшейтілген айырымы болып табылады. Міне сондықтан да бұл күшейткіштер дифференциялдық деп аталады.

Дифференциалдық күшейткіштің (ДК-ның) маңызды сипаттамасы келесі. ДК дифференциалдық сигналды, яғни кірістегі кернеудің айырымын, (кіріс сигналдың өздерін емес) күшейту қабілеті.

Мысалы, V₁=0.1мB, V₂=0B, V_out=50мВ болсын делік. Дифференциалдық  сигналдың күшейту коэфиценті келесі болып шығады:

A_d= 50/0.1=500

Егер кіріс кернеулерінің шамалары 1 мВ- ке өссе: V₁=1.1мВ,V₂=1мВ шығыстағы кернеудің шамасы келесіге тең болып шығады: V_out=52мВ.  Олай болса синфазалық кіріс  сигналдың күшейту коэффиценті келесіге тең:

A_c=(52-50)/1=2

ДК-нің дифференциялдық сигналдарды күшейту және синфазалы сигналдарды басу қабілеті синфазалы сигналды бәсеңдету коэфиценті (ССБК) деп аталады да, келесі өрнекпен анықталады:

ССБК=A_d/A_c

Жоғарыда қарастырылған күшейткіштің ССБК-сы 250-ге тең. Интегралдық ДК-лардың ССБК мәндері үлкен болатындықтан оларды деңибеллдермен беріледі.

Мысалы, 741 тобырының операциялық күшейткішінің ССБК-сы 90дБ

ССБК-ны жақсарту үшін 12.2-Суретте көрсетілген R3  резистордың сипаттамаларын шамасы тұрақыты болып тұратынток генераторының сипаттамаларына жақындату керек. Бұны ток генераторының кедергісін арттыру жолымен орындауға болады, себебі кедергінің өсуі теріс қоректендіру кернеуінің  абсолют мәнінің өсуіне келтіреді. Әдетте ТТК-ның  қоректендіру кернеуі  ±15В болады да, бұл шама практика жүзінде R3 резистор кедергісін өсіру мүмкіндігін шектейді.

ССБК-ның жақсартылуын келесі әдісті қолданып орындауға болады. Эмиттерлік тізбектегі  R3-резисторды 8-Суретте көрсетілгендей транзисторлық тоқ көзімен алмастырып та орындауға болады.

12.3-Сурет ССБК-сы үлкен дифференциялды күшейткіш(ДК)

ZD₁-стабилитрон   TR₃-транзистордың эмиттеріндегі кернеуді беріп тұрады. Бұл транзистордың коллекторлық тоғы  дифференциалдық жұптың транзисторларының эмиттерлеріне келіп түседі. Егер транзисторлық дифференциалдық жұптың эмиттерлеріне шамасы(мәні) тұрақты ток түсіп тұрса ССБК-ның өте жоғары дәрежесіне жетуге болады.

13 Үзгіші бар тұрақты ток күшейткіші

Тұрақты ток сигналдарының тағы да бір басқа әдісі – ол, транзисторлық немесе КМОП ауыстырып-қосқыштарды кіріс сигналын  үзу үшін пайдалану. Бұның нәтижесінде айнымалы ток сигналы пайда болады да, оны содан кейін қарапайым айнымалы ток күшейткішімен (АТК-мен) күшейеді. Схеманың  шығысында тағы да бір ауыстырып қосқыш  көмегімен сигналдың  тұрақты  құраушысының деңгейі қалпына  келтіріледі Осындай күшейткіштің схемасы 13.1-суретте көрсетілген.

a)                                                     б)

13.1 - Сурет Қарапайым айнымалы ток күшейткіші.

Жоғарыдағы Суреттегі S1 мен  S2 – кезекпен жұмыс істейтін транзисторлық немесе КМОП-ауыстырып–қосқыштар, яғни S1 жабық болғанда S2 ашық болады. (13.1 б–суретте) Сигналдардың тұрпаттары (формалары) келтірілген. Үзгіші бар күшейткіштен кейін схемада әдетте сүзгіш  қосылады. Ол ауыстырып–қосқыштар тудыратын сигналдың айнымалы құраушын қиып тастайды.

Үзгіші бар күшейткіштер жиі кірісті схеманың қалған бөлігімен айыру талап етілгенде  пайдаланылады. Міне, осындай тәсілдің мысалы ретінде деректерді тіркеудің өнеркәсіптік жүйелерін  қарастыруға болады. Бұл жүйелерде завод жабдықтарының жұмыс  істеуі кезінде пайда болатын кернеу құламалары түрлендіргіштің кірістеріне жоғарғы кернеудің келіп түсуіне келтіруі мүмкін. Айыруы бар  күшейткіштің осындай жерде қолданылуы схеманың жанып кету мүмкіндігінен сақтайды.

Тұрмыстық айыруы бар күшейткіштер  аспап корпусының ішіне орналастырылған түрде жасалады. Бұл аспаптар 1кВ асып түсетін кернеулерді «ұстай алады». Әдетте, пайдаланушыға дайын күшейткішті сатып алған пайдалы, өзінің конструкциясын әуреленіп  жетілдірілгенше.

14 Интегралды операциялық күшейткіштер және олардың негізіндегі схемалар

Операциялық күшейткіштер  (ОК-лар) және олардың қолдану салалары егжей-тегжейлі келесі бөлімдерде қарастырамыз. Бірақ, бұл тақырыпты егжей-тегжейлі қарастырудың алдында  бұндай схемаларды жетілдірумен байланысты болатын шектер мен шектеулерді  белгілеп алу керек.

Ең кең таралған ОК-741 тобыры (14.1-Суретте микросхема корпусындағы оның шықпаларының орналасуы көрсетілген).

                       14.1- Сурет 741-тобырдың  операциялық күшейткіші.

Бұл күшейткіштің келесі екі кірісі бар:

- терістемейтін (3) (кейде «+» таңбасымен белгіленеді) кіріс. Бұл кіріске  сигнал келіп түскенде шығыс сигналының фазасы кірістікімен үйлеседі;

- терістейтін (2) («-» таңбамен белгіленетін) кіріс. Бұл кіріске сигнал келіп түскенде шығыстағы сигнал кірістегімен қарама-қарсы фазада болады.

ОК күшейткішінің маңызды параметрі болып кері байланыс тұзағы ажыратылғандағы күшейту коэфиценті  алынады; қарастырылып отырған 741-тобыр күшейткіші  үшін бұл коэфиценті . Екінші бір маңызды параметріне алдағы оқылып кеткен  дәрісте қарастырған (ССБК) синфазалы сигналды бәсеңдету коэфиценті. Күшейткіш спецификациясында (құжаттарында) көрсетілген ССБК-ның мәні-90дБ.

    Күшейткіштің басқа сипаттамаларын қарастыру үшін ОК-күшейткіштерінің қалай жұмыс істейтінін білу керек.

    Егер ОК кірістерінің екеуінде де кернеу “0” болса, онда оның шығысында да “0” болады  деп күтеміз. Бірақ күшейткіштің (ОК-ның) кіріс транзисторының база-эмиттер Vве кернеуі сәл де болса айырмашылықта болады, ал күшейту  коэфиценті өте үлкен, сондықтан да, шығыс кернеу, сөз жоқ, нөлден өзгеше болады (яғни нөль емес). Күшейткіштің шығысында  0 В кернеу алу үшін кірістердің біреуіне нөльден өзгеше кернеуді  түсіру керек.

    Міне, осы кернеу шығыста нөльді ығыстырудың есесін қайтаратын кернеу деп аталады да, Vio деп  белгіленеді және әдетте 10мВ  шамасына жақын. Біздің қарастырып отырған (14.1-сурет) 741-тобыр күшейткіштерінде, жоғары сапалы болғандықтан нөльді ығыстыру(1мВ) кернеуі 1мВ-тен кем де болуы мүмкін.

Өз бетімен нөльді ығыстыру кернеуінің ерекше мәні жоқ, себебі оның есесін қайтаруға (компенсациялауға)  болады. Мәні маңыздырақ болатын келесі мәселе: Температура өзгергенде  Vio – шығыста нөльді ығыстыру есесін қайтаратын кернеу де өзгереді. Бұл маңызды көрсеткіш-параметр αVio деп белгіленеді де, әдетте 5мкВ/с шамасына жақын.

ОК-күшейткіштің кіріс транзисторларының екеуінде Ів деп белгіленетін база токтары ағады. Әдетте олардың шамалары өте төмен, 741-тобыр күшейткіштерінде жуық шамамен  ~ 0,5 мкА.

Міне, осы токтардың ықпалын min-ға жеткізу үшін  кіріс жолдарының екеуіндегі кедергілерді теңестіру керек. Бұл жағдайда база токтары бірдей ығыстыруларды береді де, олар күшейткіштің жұмысына ықпал етпейді.

Сипаттамалар бір - бірімен жақсы келістірілгенмен, соның өзінде де базалық токтар бірдей болуы мүмкін емес. Базалық токтардың айырмашылығы Ііо деп белгіленеді де, оның шамасы 0,2 мкА жақын. Бұл Ііо-базалық токтың Vio-кернеуден ерекшелігі келесі. Базалық ток тәжірибе жүзінде температураға тәуелді өзгермейді.

ТТК-күшейткіштер төменгі жиіліктерде жұмыс істеуге үшін арналған және кері байланысты (КБ-ні) пайдаланғанда орнықты жұмыс істеумен байланысты болатын мәселелерді минимумға келтіруге арналған.

741-тобыр күшейткішінің жоғарғы жиіліктер аймағындағы сипаттамасына кристалл бетінде арнайы орналастырылған сыйымдылығы 30пФ конденсатор көмегімен саналы түрде шек қойылады. Мұндай күшейткіштің күшейту коэффициенті 60дБ-ге дейін 1кГц жиілікте түседі, 40 дБ –ге дейін 10 кГц жиілікте және 0дБ-ге дейін 1МГц жиілігіне түседі. Күшейту коэффициенті 1дБ-ге  дейін түсетін жиілік бірлік күшейту коэффициенті жолағының ені деп аталады.

Ішкі компенсация (яғни шығыста «0»-ді ығыстырудың есесін қайтаратын кернеуі) болмайтын ТТК-лар да бар. ОК-ның бұл түріне, мысалы 531-тобыр операциялық күшейткіші жатады. Бірлік күшейту коэффициенті жолағының ені бұл ОК-үшін 10МГц шамасынан асып түседі, ал 500кГц-ке дейінгі жиіліктерде күшейту коэффициенті 40дБ. Егер компенсацияланбаған күшейткіштерді пайдаланатын болсақ, онда орнықсыздықпен байланысты (мәселелер) проблемалар пайда болатыны туралы естен шығармау керек.

ОК күшейткішті Суреттеудің (сипаттаудың) екінші әдісі де бар – ол шығыс кернеуінің өспе жылдамдығын анықтау. Бұл параметр көмегімен кіріс сигналы сатылы өзгергендегі  күшейткіштің сипаттамасын бағалауға болады. Сипаттама кіріс сигналының  өзгеру жылдамдығы ретінде  анықталады және уақыт бірлігіне келетін вольттармен  өлшенеді. 741-тобыры күшейткіш үшін кіріс кернеудің өспе жылдамдығы: 0,5 В/мкс.

15 Терістеуші  күшейткіш (инвертор)

15.1 суретте терістеуші  күшейткіштің схемасы келтірілген (берілген).

15.1 Сурет Терістеуші күшейткіш

V_out=                                                                                        (41)

мұндай күшейткіштің күшейту коэффициенті өте жоғары болғандықтан R₁ және R₂ резисторлардың қосылу нүктесіндегі кернеу 0 В-тен бірнеше милливольт шектерінде өзгереді деп, болжауға болады. Олай болса келесі өрнектерді  жаза аламыз

                                I₁=V_in/R₁,                                I₂=-V_out/R₂                    (42)

Егер база тоғы  Ів елемейтіндей аз шама деп болжасақ (әдетте осылай болады), онда.                                                                 I₁=I₂

                      V_in/R₁=-V_out/R₂         немесе     V_out=-R₂/R₁*V_in

Бұрын айтылып кеткендей, күшейткіш шығысында нөлдің ығысуы минималь болу үшін кіріс кедергі келесі өрнекте берілгендей таңдап алынуы тиіс                                                                                               (43)

Шығыста нөлді ығыстырудың есесін қайтаратын V_I0 деп белгіленген кернеу және I_I0 деп белгіленген базалық ток үшін нөлдік мәндер төмендегі 15.2 суретте көрсетілген екі тәсілдердің біреуімен қойылуы (орнатылуы) мүмкін.

                       a)                                                      б)

15.2  Сурет -ТТК-лар үшін V_I0 және I_I0 токтың нөлдік мәндерін қою (орнату):

а) нөл орнату шықпалары;

б) қосындылаушы қосылыс.

12а Суретте келтірілген схемада, 741- күшейткіш микросхемасының ішінде алдын ала жасалған (1 және 5 шықпалар) нөлді орнату мүмкіндігі пайдаланылады. Екінші тәсіл қосымша резисторды қоюға негізделген. Бұл резистордың көмегімен ток I₁-ді не өсіруге немесе кемітуге болады (15.2,б Сурет).

16 Қосындылағыш (Сумматор)

Төмендегі 16.1-Суретте келтірілген схема бірнеше кернеулерді қосу үшін пайдаланылады. Жоғарыда келтірілген талдау сияқты анализ жүргізетін болсақ, келесі өрнекті жаза аламыз

                                            (44)

ал R₅ деп белгіленген резистордың кедергісі R₁, R₂, R₃ және R₄ параллель қосылған резистордың кедергісіне тең.

    16.1 - Сурет ОК(операциялық күшейткіш) негізіндегі қосындылағыш

    Қосындылағыш схемалары аналогтық есептеуіш құрылғыларда және дыбыстық жиілік араластырғыштары үшін негізгі элементтері ретінде қолданылады.

17 Кернеудің қайталағышы

    Төмендегі 17.1Суреттегі схема 100% КБ-мен қамтылған. Кірістердегі кернеудің шамалары небәрі милливольт немесе соның маңында айырмашылықта болуы мүмкін:

17.1 – Сурет. ОК негізіндегі кернеудің қайталағышы

    Бұл схеманың кіріс кедергісі өте үлкен (әдетте бірнеше мега Ом), ал шығыс кедергісі өте төмен (мәні небары бірнеше Ом).

    Бұл схема өте қолайлы буферлік каскад ретінде пайдаланылады да, өте тиімді эмиттерлік қайталағыш ретінде қарастырыла алады.

18 Терістемейтін күшейткіш

18.1 Суретте терістемейтін ОК-лардың әртүрлі қосылу схемалары көрсетілген.

                                         а)                                            б)

в)

18.1- Сурет Терістемейтін күшейткіштер:

а) негізгі схема

б) айнымалы ток күшейткіші

в) компенсациялық КБ-сі бар айнымалы ток күшейткіші

18.1а Суреттегі схеманы талдағанда терістеуші кірістегі кернеуді келесі түрде жазуға болады

                                                                                    (44)

Бұрын қарастырған себептердей (яғни оларға сүйеніп) келесі өрнекті жаза аламыз

,  =>  ,                                                                  (45)

,                                                   (46)

    Әдетте 18.1а Суретте көрсетілген схеманың негізінде дыбыс жиілігінің күшейткіштері жиналады. 18.1б Суретте келтірілген схемада С₁ мен C₂ конденсаторлардың көмегімен айнымалы ток бойынша айыру қамтамасыз етіледі де, ал R₁ мен R₂ резисторлар терістемейтін кірісте және шығыста тұрақты құраушының деңгейін орнықтырады. Резисторлар R₃ пен R₄ айнымалы ток бойынша күшейту коэффициентін анықтайды

    Жоғарыдағы 18.1б Суретте көрсетілген схеманың кіріс кедергісі параллель қосылған R₁ мен R₂ резисторлар кедергісімен беріледі. Компенсациялық КБ-сі бар 18.1в Суреттегі күшейткіш өте үлкен (жоғарғы мәнді) кіріс кедергіге иеленеді. Бұрын қарастырылған схемалардағыдай тұрақты құраушының деңгейі R₁ мен R₂ резисторлармен орнықтырылады.

19 Операциялық дифференциалдық күшейткіш (ДК)

19.1-Сурет Синфазалы бөгеуілдің енгізілуі

    Х₁ мен Х₂ элементтер бұл бақыланатын екі тензорезисторлар. Олардың қосылуы келесі эффект береді: Механикалық әрекеттен Х₁ кедергі артады, ал Х₂ кедергісі кемиді. Ү₁ мен Ү₂ элементтер – бұл механикалық әсерге ұшырамайтын бірдей тензорезисторлар. Олардың атқаратын міндеті – схеманың температуралық тұрақтандырылуы.

    V_B-деп белгіленген кернеу – практика жүзінде шамасы өте кішкентай болады да, кернеу көпірінен алынады. Бұл V_B кернеу күшейткішке келіп түскенде, оның кірісіндегі (әрбір кірісіндегі) кернеу келесі түрде анықталады

                                                                                      (47)

Мұндағы V_СМ – синфазалы бөгеуіл кернеуі. Бұл кернеу қарастырылып отырған жол ішіне сыртқы бөгеуілдер көзінен еніп кетуі мүмкін. Егер көпірден келетін жалғау сымдары экрандалған орам жұбы болатындай істелінсе, онда күшейткіш кірістерінің екеуінде де енгізілетін синфазалық кернеу бірдей болады. Міне осы соңғы жағдай дифференциалды күшейткішті пайдалануға (мүмкіндік береді) жол ашады.

    Дифференциалдық күшейткіштің (ДК-ның) схемасы 19.2 суретте келтірілген.

19.2– Сурет ОК негізіндегі ДК

Схема дұрыс жұмыс істеу үшін резисторлар арасында келесі қатынастар орындалуы тиіс: R₁=R₃ және R₂=R₄. Бұл жағдайда

                                                                         (48)

    ССБК-ның максималь мәніне жету үшін дәлме-дәл резисторлармен пайдалану керек.

    Дифференциалдық күшейткіштер синфазалы бөгеуілдері болатын жағдайларда шамасы бойынша сигналдың кернеуі өте кішкентай болып, оны күшейтуге тура келетін аспаптарда, мысалы термопараларда, тензотүрлендіргіштерде, медициналық электрондық аспаптарда кеңінен қолданылуын тапты.

20 Интегратор

    Интегралдау - математикалық операция екені белгілі. Бұл математикалық операция графикалық түрде орындалғанда қисық сызықтың (оның кесіндінісінің) астындағы ауданды анықтауға мүмкіндік береді. Интегралдау ортақ айнымалылары болатын өзара тәуелді функциялар арасындағы байланысты табуға да мүмкіндік береді. Міне осындай айнымалы ретінде, яғни ортақ айнымалы ретінде уақытты алуға болады.

    Мысалы, жылдамдық – үдеудің интегралы, ал қашықтық – жылдамдықтың интегралы. Интегралдау көптеген жүйелерде қолданылады. Төмендегі 20.1а Суретте интегралдау схемасының теориалық моделі көрсетілген.

                       а)                                                      б)

в)

20.1-Сурет. ОК негізіндегі интегратор:

а) қарапайым схема;

б) нақты схема – SW₁ ауыстырып қосқыш нәтижелердің түсірілуін орындайды яғни нөльді орнатадыжәне интегралдау процесін «қосады»;

в) кіріс және шығыс сигналдардың уақыттық диаграммалар.

    Терістеуші схема үшін жасалған талдаудай анализ жасап, яғни R-резистор және C-конденсатор арқылы жүретін тоқтар дәлдеседі деп болжап, келесі өрнектерді жаза аламыз

    Бұл токтар тең болуы тиіс болғандықтан:

немесе

                                  (49)

    Интегратордың нақты схемасы 20.1 б Суретте көрсетілген. Бұл Суреттегі RV₁-потенциометр көмегімен токтың кіріс ығысуын туралап қоюға болады, себебі кіріс тоғының бұл ығысуы күшейткіш шығысының баяу ығысуын (қанығу күйіне қарай) тудырады. Схеманы бастапқы күйіне орнату үшін ауыстырып қосқышты (SW₁) тұйықтайды да, R₄ резистор арқылы C₁ конденсаторды разрядтайды.

    20.1 в Суретте нақты схеманың уақыттық диаграммалары көрсетілген. Кіріс кернеу (V_IN, [B]) сатылы өзгергенде V/RC [B/c] жылдамдықпен шығыс кернеудің сызықты өзгеруі болады.

21 Дифференциатор

    Дифференциалдау уақыт бойынша өзгеретін параметрлердің лездік мәндерін алуға мүмкіндік береді. Мысалы, қашықтықтың уақыт бойынша туындысын,  яғни жылдамдықты.

    Ал өз жағынан, уақыт бойынша жылдамдықтың туындысы үдеуді береді. Міне, осындай дифференциатордың оңайлатылған схемасы 21.1 а Суретте келтірілген.

                       а)                                                              б)

в)

21.1 Сурет – ОК негізіндегі дифференциатор:

а) оңайлатқан схема;

б) нақты схема;

в) жиіліктік сипаттама.

Алдағы бөлімдегі анализге ұқсас талдаудың нәтижесінде келесі өрнекті жазуға болады.

                                                                                               (50)

    Тәжірибе жүзінде жақсы дифференциатордың жиіліктік сипаттамасы жиіліктің өсуімен артады, яғни жоғарғы жиіліктердегі күшейту коэффициентінің өте (аса) жоғарғы мәндерін іске асырады. Міне, бұл жағдай қажетсіз (тиімсіз), себебі мұндай схемада жоғарғы жиіліктерде шудың пайда болу ықтималдылығы өте жоғары. Жоғарыдағы 21.1 б Суреттің схемасына ЖЖ (жоғарғы жиілік) аймағында күшейту шектегіші енгізіледі. Бұл дифференциатордың RC – тізбегі (R₁/C₁) беретін ТЖ (төменгі жиіліктегі) сипаттамасы 21.1 а Суретте көрсетілген дифференциатордікімен бірдей (ұқсас). Ал, ЖЖ аймақта күшейту коэффициенті R₂ резисторды  және C₂ конденсаторды схема ішіне енгізгендіктен төмендейді. Бұл элементтердің номиналдары келесі теңдеу: R₁C₁=R₂C₂ орындайтындай етіп таңдап алынады. Күшейту коэффициенті max мәніне жетіп, содан кейін кемитін жиілік, келесі формула бойынша анықталады.

                                                                                                       (51)

    Жоғарыдағы 21.1 в Суреттен максималь күшейту коэффициенті R₁/R₂ мәніне тең болатынын жиіктік сипаттамадан көруге болады.

22 Сүзгілер

    Белгілі бір берілген (тапсырылған) жиіліктік сипаттамалармен схемаларды алу үшін сүзгілерді пайдаланады. Сүзгілердің негізгі төрт түрі болады.

    Төменгі жиіліктер (ТЖ фильтр) сүзгісі жиілігі белгілі бір тапсырылған (берілген) мәннен асып түсетін сигналдарды өткізбей бөгет болады. ТЖС – лердің әдетте қолданылатын саласы – дыбыстық схемаларда ЖЖ шуды жою. Сондықтан мұндай сүзгілер шуыл жұтушы деп аталады.

ЖЖС жиілігі белгілі бір берілген мәннен асып кететін сигналдарды ғана өткізеді. Мұндай сүзгілер дыбыстық схемаларда ТЖ шуылдарды жою үшін пайдаланылады. Бұл ТЖ шуыл, мысалы магнитофонның “лентопротяжный” механизмі жұмыс істегенде пайда болады.

    Жолақтық сүзгілер тек белгілі бір ауқым ішіндегі жиіліктерді өткізеді, ал режекторлық сүзгілер (сүзгі – тығын белгілі бір жиіліктер ауқымының сигналдарын өткізбейді) мысалы, жиілігі 45 .. 55 Гц ауқымының режекторлық сүзгісі жиілігі 50 Гц желілік шуылдарды бұғаттау үшін өлшеуіш аппаратурада кеңінен қолданылып жүр.

    Төмендегі 22.1 Суретте ОК негізінде жиналған сүзгілердің схемалары және олардың атқаратын қызметіне сай болатын шарттар көрсетілген.

а)  АЖС-ның түсу жиілігі: ;

б) Сындық әлсіреу үшін: R₁=R₂=R, C₂=C, C₁=2C, Қиық жиілігі .

Егер С₁>2C₂ болса, онда схеманың жиіліктік сипаттамасының резонанстық шыңы болады.

в) АЖС-ның түсу жиілігі:

г) Сындық әлсіреу үшін: С₁=С₂=С,  R₁=R,  R₂=2R.

Қиық жиілігі

    Егер R₂ >2R₁ болса, онда схеманың жиіліктік сипаттамасының резонанстық шыңы болады.

д) Орталық жиілік , , егер R₁=R₂=R, R₃=2R және С₁=С₂=С

е) Орталық жиілік: .  Егер R₁=R₂=R, R₃=R/2 және С₁=С₂=С,  С₂=2С

22.1 Сурет – ОК-лар негізіндегі сүзгілер:

а) қарапайым ТЖС;

б) ТЖС-ң классикалық схемасы;

в) қарапайым ЖЖС;

г) ЖЖС-тың классикалық схемасы;

д) жолақтық сүзгі;

е) режекторлық сүзгі.

Бұл жерде қиық жиілігі деп отырғанымыз сигналдың амплитудасы 3 дБ-ге  кемитін АЖС-тегі нүкте, яғни жиіліктің бұл мәні белгілі бір шекаралық мән (шама) ретінде (оны асып түсетін немесе оған жетпейтін жиіліктер мәндерін жібермейтін (кідіртетін)) алынып отырған жоқ.

    (22.1а) және (22.1в)  Суреттерде түсуі 20дБ/декада бір каскадты сүзгілер көрсетілген, ал (22.1б) және (22.1г) Суреттерде түсуі 40дБ/декада екі каскадты сүзгілер көрсетілген.

    Ал, соңғы екі сүзгілерде (22.1 д) және (22.1е) Суреттердегі өшу бұл соңғы екі Суретте көрсетілген құраушылар ноиналдарын өзгерту жолымен реттеле алады.

23 Шмитт триггері

    Шмитт триггері уақыт бойынша баяу өзгеретін сигналдарды шептері күрт, формалары айқын сигналдарға түрлендіру үшін кеңінен қолданылады. Төмендегі Суреттен көруге болатындай (23.1 Сурет), бұл триггерлерге гистерезис тән болады.

    Ағылшынша қысқартылған абривиатурамен UTP деп белгіленетін жұмысқа қосылуының жоғарғы табалдырығы және LTP деп белгіленетін төменгі табалдырығы бар.

    Гистерезис – сипаттаманың кері тұзағының тұрпаты, яғни формасы болып табылады да, егер баяу өзгеретін кіріс сигналға шуыл қабаттасатын болса, гистерезис шығыстағы сигнал флюктуациясын кемітеді.

ОК негізіндегі триггер Шмитта 23.1 в Суретте көрсетілген.

а)                                                               б)

                                в)                                                     г)

23.1 Сурет – ОК негізіндегі Шмитт триггерлері:

а) схеманың шығыс сипаттамасы (гистерезис);

б) гистерезистің қалыптастырылуы;

в) негізгі схема;

г) стабилитрондардың көмегімен орнатылатын ауыстырып-

қосу нүктелері болатын Шмитт триггері.

23.1 в Суреттегі триггер шығысы қанығу күйінің оң таңбалы немесе теріс таңбалы полярлығында болады. Ал енді, кіріс сигналдың деңгейі триггердің жұмысқа қосылуының жоғарғы табалдырығын асып түседі деп болжайық; схеманың шығысында «-» таңбалы  кернеу орнығады да, ал терістемейтін кірісте келесі кернеудің шамасын аламыз.

                                                                                                      (52)

Міне, осы соңғы жазылған мән триггердің жұмысқа қосылуының төменгі табалдырығы болып табылады. Сондықтан кіріс кернеу  осы қосылудың төменгі табалдырығынан асып тұрғанына дейін шығыстағы деңгей өзгермейді. Егер  кернеудің шамасы жұмысқа қосылуының төменгі табалдырығынан кіші мәніне түссе, шығыстағы кернеудің шамасы артады (өседі) да, онымен бірге ОК-ның терістемейтін кірісіндегі кернеу де артады, яғни осындай схемада оң (таңдалы) кері байланыс орын алады; шығыс кернеудің  мәніне дейін күрт өсуі терістемейтін кірістегі кернеу мәнінің көлемі шамаға дейін артуын береді.

Бұл соңғымыз – триггердің жұмысқа қосылуының жоғарғы табалдырығының кернеуі: енді,  кернеудің шамасы жұмысқа қосудың жоғарғы табалдырық кернеу деңгейінен асып тұрғанына дейін схеманың шығысында полярлығы оң таңбалы кернеу болады.

    Жоғарыда 23.1в суреттегі схеманың жұмысқа қосылу табалдырықтарының жоғарғы және төменгі деңгейлері ОВ-шамасына қатысты симметриялы. Бұл схеманың толып жатқан түрлері бар. Олардың кейбіреулерінде жұмысқа қосылу табалдырықтары симметриялы емес болуы мүмкін. Мысалы, 23.1г Суретте көрсетілген схеманың жұмысқа қосылу табалдырықтарының жоғарғысы да, төменгісі де полярлықтары бойынша бірдей және бұл схема бір ғана қоректендіру көзінен жұмыс істейді.

Логикалық микросхеманың көбі Шмитт триггерлі болып табылады. Мысалы, ТТЛ тобындағы 7414 (ИМС-тер) немесе КМОП тобындағы 4093 (бұл ИМС-тің құрамына төрт ЖӘНЕ-ЕМЕС ЛЭ-тер, кірісінде Шмитт триггерлері болатын кіреді). Бірақ дайын Шмитт триггерлерінің бұл түрлерінде жұмысқа қосылу табалдырықтары бекітілген, ал кіріс кернеулері арқылы шектелген. ОК-лар негізіндегі Шмитт триггерлері жетілдірушіге стандартты микросхемалар негізіндегі Шмитт триггерлері жарамайтын схемаларды құрастыруға (жинауға) мүмкіндік береді.

24 Кернеу қайталағышы/инвертор

Төменде келтіріліп отырған 24.1 суреттегі схеманың күшейту коэффициенті 1-ге тең және шығыс сигналдың полярлығын ауыстырып қосу мүмкіндігі бар.

R₁ = R₂ = R;  R₃ = R₄ = R/2

24.1 Сурет. Күшейту коэффициенті оң/теріс таңбалы күшейткіш

Егер ауыстырып қосқыш SW₁ ажыратылған болса, онда бұл күшейткіш , яғни кернеу қайталағышқа айналады. Егер SW₁ тұйықталған болса, күшейткіш бірлік күшейту коэффициенті болатын, яғни  - қарапайым терістеуші схемаға айналады. Ауыстырып қосқыштың SW₁ күйі (яғни, қосылғаны немесе ажыратылғаны) күшейту коэфициентінің «таңбасын» анықтайды.

Схеманы оңайлату (қарапайымдату) үшін 24.1 Суретте кәдімгі механикалық ауыстырып қосқыш көрсетілген, ал тәжірибе жүзінде КМОП – ауыстырып-қосқыштармен пайдаланады, мысалы, 4016 – деп белгіленетін төрт екібағытты  ауыстырып-қосқышты алып, белгілі Лошкалық деңгейлердегі сигналдар келіп түскенде, өте жоғарғы тез әрекеттілікпен (шапшаң) схеманы ауыстырып қосады. Міне осындай күшейткіш бақылаулы-өлшеуіш аппаратурада кеңінен қолданылып жүр.

25 Ток/кернеу түрлендіру

Жиі токтық сигналдарды кернеуге және керісінше түрлендіруді орындауға келеді. Мысалы, стандартты аналогтық өлшеуіш сигналдың ток күші 4-тен 20 мА-ға дейін болуы мүмкін. Міне осы сигналды дисплей бетінде нәтижелерді бейнелеу үшін кернеуге түрлендіру жиі кездеседі. Осы сияқты керісінше, кернеуді токқа түрлендіру, яғни бұл сигналды (токқа түренген), мысалы, сигналдарды жіберу жүйелерінде пайдалану үшін керек болуы мүмкін.

Аналогтық информацияны айтарлықтай қашық (алыс) жерлерге жібергенде, токтық сигналдар кернеулік сигналдардан гөрі артығырақ, себебі олар (ток түріндегі сигналдар) бөгеуілдердің және тізбек кедергісінің ықпалына кемірек душар болады (ұшырайды). Аналогтық сигналдар үшін ток түріндегі сигналдарды кернеу түріне және керісінше түрлендірулерді орындайтын схемалар келесі 25.1 Суретте көрсетілген.

25.1-Сурет Түрлендіру: а) кернеуді токқа;

б) токты кернеуге.

    Жоғарыда (25.1 а) суретте кернеу қайталағышының көмегімен кернеуді токқа түрлендіру схемасы көрсетілген. Әдеттегідей бұл схемада , бірақ , ал бұл жердегі I – жүктемеде ағып тұратын ток. Сондықтан I-ток V_in кернеумен беріледі (тапсырылады) де, жүктеме кедергісіне мүлде тәуелсіз (егер күшейткіштің шығысы қанығу күйінде болмағанда).

    Ток түріндегі сигналды кернеу сигналына түрлендіру үшін (25.1 б)-Суреттегі схема қолданылады. Стандартты ДК (дифференциалды күшейткіш) кірісіне параллель жалғанған жүктеменің кедергісі арқылы ток ағады. Жүктеме кедергісіндегі түсетін кернеудің шамасы IR[B]; ал шығыс кернеуі, жоғарыда сипатталып, айтылып кеткендей, ДК-ның күшейту коэффициентімен анықталады.

    Егер қарастырып отырған схемаларының екеуі бірге пайдаланылса, (25.1 а) және (25.1 б) Суреттердегі резисторлардың кедергілері тең болады да, ал ДК бірлік күшейту коэффициентін қамтамасыз етеді. Сонымен аяғы бұл схема деректерді жіберу жолының буыны болып табылады да, оны аналогтық шамаларды электр бөгеуілдер деңгейі жоғары учаскілер арқылы жіберіп тұруға пайдалануға болады.

26.1 - Сурет Шығыс сигналы сызықты өзгеріп тұратын схема:

а) схема

б) кіріс V_in, және шығыс V_out сигналдың уақыттық диаграммалар

26 Шығыс сигналы сызықты өзгеретін схема

    26.1 Суретте бекітілген жылдамдықпен шығыс сигналдың өзгеруін іске асыратын схема көрсетілген.

    Шығыс кернеуі кіріс кернеуін қайталайды (бірақ терістелген түрде), ал бірақ өзгеру жылдамдығы шектелген болып табылады. Міне осындай схемалар үдеулерді шектеу үшін, мысалы айтайық, электр қозғалтқыштың тозуын кеміту (азайту) мақсатымен пайдаланылып жүр. Жоғарыдағы схеманың1-і күшейткіші (ОК-1) салыстырғыш ретінде жұмыс істейді де, V_out пен V_in кернеулері салыстырылады. Сондықтан егер V_out кернеуі V_in кернеуіне тең болмаса, күшейткіштің (ОК-1) шығысы қанығу күйінде не оң, не теріс полярлығында болады.

    Екінші ОК – бұл интегратор, ол шығыс сигналды интегралдайды. Егер шығыс сигнал 1-і күшейткіш шығысында оң таңбалы болса, онда V_out  - кернеуі сызықты түрде кемиді. Сигналдың сызықты өзгеру жылдамдығы R₃ – резистор мен С₁ – конденсатордың шамаларымен (мәндерімен) анықталады. Міне, осыған ұқсас: егер ОК-1 күшейткіштің шығыс сигналы теріс таңбалы болса, онда V_out – кернеуі бекітілген жылдамдықпен сызықты түрде өседі.

Егер V_in – кернеу өзгеріп тұрса, онда V_out  – кернеу келесі V_out = V_in теңдеу орындалғанша бекітілген жылдамдықпен сәйкесті бағытта сызықты түрде өзгеріп тұрады. Схеманың жұмыс істеуі (26.1б) Суретте көрсетілген. Кіріс және шығыс сигналдардың теңдігінде (яғни тең болған жағдайда) ОК-1 – күшейткіштің шығысында «0» болуы тиіс, бірақ тәжірибе жүзінде ОК-1 – күшейткіштің шығыс сигнал мәндерінің кездейсоқ флуктуациялары бақыланады. Бірақ бұл жағдай схеманың шығыс сигналына ешбір ықпал етпейді.

27 Максимал мәндерді бөліп шығару схемасы

Шыңдарды бөліп шығару схемасы сигналдың максимал мәнін сүйемелдеп (ұстап) тұрады.

27.1- Сурет Максимал мәндерді бөліп шыығару схемасы:

а) схема;

б) кіріс және шығыс сигналдардың уақыттық диаграммасы.

Егер V_in – кернеу V_out кернеуден асып түсетін болса, салыстырғыш ретінде жұмыс істейтін ОК-1 операциялық күшейткіштің шығыс сигналы оң таңбалы болады да, «С» деп белгіленген конденсатор V_out = V_in шарт орындалғанша зарядталады. Ал егер V_in қайтадан кеми бастаса, конденсаторда кернеудің бұрынғы мәні сақталады да, ОК-1 – күшейткіштің шығыс кернеуі V_in – кернеудің мәні V_out кернеудің мәнінен кем болғанда , теріс таңбалы болып шығады.

27.1 Суретте келтірілген схема ішіне D – деп белгіленген кері ығысқан диод енгізілген, міне осының себебінен конденсатор «С» разрядталуын ОК-2 – күшейткіштің кірісі арқылы ғана орындай алатын болады. Бұл ОК-2 – күшейткіштің кірісі әдетте өрістік транзисторлардың негізінде орындалады, ал олар күшейткіштің кіріс кедергісін жоғарылатады. Міне сондықтан шығыста V_in – кернеудің ең жоғарғы мәні (шамасы) ұсталынып (сүйемелденіп) тұрады. Ал егер кері ығысқан диодты кері полярлықпен қоссақ, шығыста V_in – кернеудің ең төменгі мәні ұсталынып тұрады.

Егер диодты физикалық түйіспесі бар ауыстырып-қосқышпен ауыстырсақ немесе логикалық КМОП-вентиль негізіндегі ауыстырып-қосқышпен ауыстырсақ, таңдама және сақтау схемасын аламыз. Бұл схемадағы V_out – шығыс кернеуінің шамасы ауыстырып-қосқышты соңғы рет ажыратқан мезеттегі болған V_in – кернеу мініне (шамасына) тең мән ұсталынып (сүйемелденіп) тұрады. Таңдама және сақтау схемасы ЦАТ-тарда (цифрлы-аналогтық түрлендіргіш) кіріс сигналын бекіту үшін пайдаланылады.

28 ОК негізіндегі тікбұрышты импульстер генераторы

Генератор дегеніміз тұрақты ток қоректену көзінің энергиясын айнымалы сигнал энергиясына түрлендіруші электрондық схема. Негізінен генераторлар үш категорияға бөлінеді:

-          синусоидалық сигналдар генераторы;

-       тікбұрышты импульстер генераторы;

-       формалары басқа сигналдар генераторы.

Тербелістерді сүйемелдеп тұру үшін келесі шарттар орындалуы тиіс:

-       КБ (кері байланыс) тұзағы тұйықталғанда күшейту коэффициенті бірге тең (немесе одан асып түсуі) болуы тиіс;

-       КБ тұзағындағы сигналдың фазасының ығысуы нөлге тең (немесе 360˚ еселі) болуы тиіс.

Синусоидалық сигналдар генераторларында индуктивті-сыйымдылықтық тізбектердің резонанстық қасиеттерін немесе кварц кристалының электрлік қасиеттерін пайдаланады, ал сигналдың жасанды түрде фазасының ығысуын RC – тізбектерінің көмегімен орындайды. Бұл әдістер жиілігі 0,1 Гц шамасынан бастап 400 МГц шамасынан асып түсетін формасы синусоидалы сигналдардың генераторын жасауға мүмкіндік береді.

Келесі беттегі 28.1 суретте кернеудің тербелу шегін, яғни амплитудасын үлкен етіп жасауға тура келгенде ыңғайлы болатын генератор көрсетілген.

Уақыттық диаграммалардан келесі жағдайды көреміз. Егер t=0 мезетінде күшейткішті қарастырсақ, ол теріс таңбалы қанығу күйінде екенін көреміз де, келесі өрнекті жаза аламыз

бұл жердегі                                       

28.1 Сурет - ОК негізіндегі тікбұрышты импульстер генераторы.

Конденсатор «С» уақыт тапсырушы резистор R арқылы зарядталады да, бұның нәтижесінде «В» - нүктедегі кернеу қоректендіру кернеуінің теріс таңбалы мәніне ұмтылады.

Потенциалдар А мен В нүктелерінде теңескенде «шығыс» оң таңбалы қанығу ауысып-қосылады. Осының нәтижесінде енді келесі өрнекті жаза аламыз:

,

олай болса В-нүктедегі кернеу оң таңбалы қоректендіру кернеуіне қарай ұмтылады. Содан кейін «В» және «А» нүктелердегі кернеу қайтадан бірдей болған жағдайда, «шығыс» қайтадан теріс таңбалы қанығуға өтеді де, цикл қайталанады.

Сонымен, схемада келесі оқиғалардың қайталануы болып тұрады:

-       схеманың шығысындағы кернеу (шығыс кернеуі) V_+SAT пен V_-SAT – максимал мәндердің арасында тербеліп тұрады;

-       «А» нүктедегі кернеу мәндерінің тербелісі КV_+SAT пен КV_-SAT мәндер арасында жүреді;

-       «В» нүктедегі кернеу, «А» нүктедегі максимал мәндер арасында Экспонент заңы бойынша түседі де, өседі де.

Тербелістер периодының есептелуі айтарлықтай ұзын, сондықтан бұл жерде біз аяғы қандай нәтиже алуға болатынын келтірейік:

Сонымен, генератор дегеніміз КБ-сі бар күшейткіш. Кері байланыс (КБ) оң болуы тиіс және күшейткіштің кірісімен фазалы, ал КБ-нің тұзақтық тұзақтық күшейтуі тізбектегі шығындардың есесін қайтаратындай, яғни компенсациялайтындай болуы тиіс.

29 Интегралдық схемалар негізіндегі күшейткіштер

Айнымалы ток күшейткіштерін интегралдық схемаларды (ИС-терді) қолданып та жасайды, бірақ бұл схемалардың қалыптастырылуы (жиналуы) тұрақты ток күшейткіштерінен немесе логикалық схемалардан өзгешелеу. Қазіргі кезде қарапайым қуатты дыбыс күшейткіштерін сыртқы (шалғай) құраушыларының саны минимал болатын ИС-терден жиналады (құралады).

Дыбыс әуезділігі реттеліне алатын дыбыс күшейткішінің әдеттегі схемасы  29.1  Суретте көрсетілген.

29.1 – Сурет Күрделі емес проигрыватель үшін ИС негізіндегі дыбыс күшейткіші

    ИС-терде жиналған күшейткіштер TV-лердің көбінде және тұрмыстық музыка орталықтарында пайдаланылады. Жоғары класс аппаратураларында, яғни  НІ-ҒІ класында, жиі алдын ала күшейткіштерді қолданады. Бұл күшейткіштер транзисторлардан жиналады. Бұның себебі келесі: ИС негізіндегі алдын ала күшейткіштердің шуыл сипаттамалары транзисторлардікінен жоғары.

Ис-тер  жоғары және аралық жиіліктерде жұмыс істейтін схемаларда да пайдаланылады. Бірақ бұл жағдайда дыбыстық күшейткіштердегідей құрауыштар санын күрт кеміте алмаймыз, себебі бұл схемаларда  баптау органдары болуы тиіс. Ал оларды басқа бірдемелермен алмастыруға  болмайды.

    ИС-тердің  көбі белгілі бір нақты салада қолдану үшін жетілдіріледі. Мысалы, қазіргі түрлі - түсті  TV-лерде келесі арнайы жетілдірілген  ИС-тер пайдаланады:

-       аралық жиілік блогы үшін,

-       дыбыс сигналының детекторы үшін,

-       түстілік  сигналының демодуляторы үшін.

Қазіргі кезде TRF деп белгіленетін күшейтетін радиоқабылдағыштарда өндіріс шығарып жүр!  Радиоқабылдағыштың бұл түрі бір кристалдың бетінде жиналған. Сонымен, айнымалы ток күшейткіштердің әмбебаптығы жыл сайын артып тұрады және келешекте  күшейткіштердің бұл  түрі де логикалық элементтерді және тұрақты ток күшейткіштерді таңдап алғандай каталогтарды пайдаланатын боламыз.

30 Негізгі логикалық элементтер

     Негізгі логикалық элементтердің (ЛЭ) көбін реле пайдаланушы схемалармен салыстыру ыңғайлы.

ЖӘНЕ-ЛЭ

          Төмендегі 3.69а және 3.69б  Суреттерде ЖӘНЕ ЛЭ- нің символдық

белгіленуі және оған балама реле-схемасы көрсетілген.

     а)                                   б)                                                      

                                                                                           в)

30 – Сурет. ЛЭ ЖӘНЕ:

                       а) – символдық белгіленуі;

                       б) – балама схема;

                       в) – ақиқат кестесі;

         "С"-шығыста ЖОҒАРҒЫ деңгей тек "А" және "В" кірістердің екеуінде де ЖОҒАРҒЫ деңгейлер орныққанда ғана, және тек осы жағдайда ғана орнығады. Басқа барлық жағдайларда шығыста ТӨМЕНГІ деңгей бола береді. 30. в) Суретте ақиқат кестесі деп аталатын кесте келтірілген. Бұл кестеде кірістерде болуы мүмкін күйлер комбинацияларының  бәрі және олараға сәйкесті шығыстағы күйлер көрсетілген.

НЕМЕСЕ ЛЭ:

 а)        б)                                       в)

31 – Сурет ЛЭ НЕМЕСЕ:

                       а) – символдық белгіленуі;

                       б) – балама схема;

                       в) – ақиқат кестесі;

          "С"-шығыста ЖОҒАРҒЫ деңгей элемент кірістерінің ең болмағанда біреуінде ЖОҒАРҒЫ деңгей орныққанда орнығады. Бұл операция 3.70 б Суретте көрсетілген реле – схемасының орындайтын операциясына ұқсайды.

     Жоғарыдағы 30 бен 31-Суреттерде ЛЭ екі кірісті. Кірістер саны ЛЭ одан да көп болуы мүмкін. Мысалы, егер ЖӘНЕ-ЛЭ 8-кірісті болса, ЖОҒАРҒЫ деңгей бұл элементтің шығысында, тек барлық 8-кірістерде ЖОҒАРҒЫ деңгей орналасса.

ЕМЕС – ЛЭ (Терістеуіш)

       а)                                      б)                                 в)

32 -Сурет Терістеуіш:

                       а) – символдық белгіленуі;

                       б) – балама схема;

                       в) – ақиқат кестесі;

да бір келесі пайдалы қатынасты берейік:

           (51)

31 Логикалық элементтер және логикалық функциялар

Логикалық элемент – бұл осы не басқа логикалық функцияны орындай алатын құрылғы.

Y=f(X1,X2,X3,...,Xn) - логикалық функция, ол ақиқат кестесі  деп аталатын кестемен беріледі.

Кестедегі жолдар саны – аргуметтің мүмкін мәндерінің саны.

Ол 2ⁿ-ге тең, мұндағы n – айнымалылар саны .

n айнымалысының әр түрлі функция саны тең 2²ⁿ.

 Бір айнымалының логикалық функциясы

 Бір айнымалы функцияның ақиқат кестесі Y=f(X) тұрады

2 жол, ал функцияның  бір айнымалымен саны 4-ке тең.

 1. Константа функциясы 0, Y=0. Бұл функцияның техникалық шығуы - Y шығысын ортақ шинамен нөльдік потенциалмен қосу.

Константа функциясы 0, ақиқат кестесі:

 2. Y=f(X)=X –қайталау функциясы. Бұл функцияның техникалық шығуы – Y және Х шығыстарын қосу. Қайталау функциясының ақиқат кестесі:

 3. Y=f(X)=NOT(X) - терістеу ЕМЕС немесе инверсия (NOT(X) - бұл НЕ X).

Бұл функцияның техникалық шығуы – транзистордағы не логикалық элементте инвертор не транзисторлы кілт. Терістеу функциясының ақиқат кестесі:

 Логикалық элемент ЕМЕС схемаларда келесідей:
(үстінен X cызықша болып жазылады)

 4. Константа функциясы 1, Y=1. Бұл функцияның техникалық шығуы – Y шығысын қорек көзімен қосу.

Константа функциясының  ақиқат кестесі:

 Бір айнымалының маңызды функциясы ЕМЕС терістеуі жатады.

Екі айнымалының логикалық функциясы

Екі айнымалы функцияның ақиқат кестесі Y=f(X1,Х2) тұрады

 4 жол, ал функцияның  екі айнымалымен саны 16-га тең. Екі айнымалының бірнеше функциялары қарастырайық.

 1. Логикалық НЕМЕСЕ (логикалық қосу, дизъюнкция): Y= X1 + X2 = X1VX2

Бұл функцияның техникалық шығуы  екі параллельді қосылған кілт:

 Логикалық НЕМЕСЕ ақиқат кестесі

 Логикалық  НЕМЕСЕ элементі схемада  келесідей белгіленеді:

 2. Логикалық ЖӘНЕ (логикалық қосу, конъюнкция, сәйкес сүлбесі): Y = X1X2 = X1&X2.  Бұл функцияның техникалық шығуы  екі тізбектей қосылған кілт:

 Логикалық ЖӘНЕ ақиқат кестесі:

 Логикалық ЖӘНЕ элементі схемада  келесідей белгіленеді:

3. Пирс сызығының функциясы  (НЕМЕСЕ-ЕМЕС): Y = NOT(X1+X2)

НЕМЕСЕ-ЕМЕС функциясының ақиқат кестесі:

 Логикалық НЕМЕСЕ-ЕМЕС схемада келесідей белгіленеді:

4. Шеффер штрих функциясы (ЖӘНЕ-ЕМЕС): Y = X1|X2 = NOT(X1X2)

ЖӘНЕ-ЕМЕС функциясының ақиқат кестесі:

 Логикалық ЖӘНЕ-ЕМЕС сүлбеде келесідей белгіленеді:

32 Аналогты-цифрлық  функционалды құрылғылар

     Аналогты-цифрлық түрлендіргіштер (АЦТ) кіріс аналогты сигналды қабылдап, оларға сәйкес цифрлық сигналдарды өндіреді, бұл сигналдар микропроцессорлармен және басқа да құрылғылармен бірге өңдеуге арналған. 

Үзіліссіз сигналдардың аналогты-цифрлық түрлендіргіш процедурасы, АЦТ көмегімен іске қосылып, үзіліссіз уақыт U(t) функциясын береді, бұл функция бастапқы сигналды кейбір белгіленген уақыт моменттеріне сандар тізбегін U'(tj)}, j=0,1,2,:, жатқызады. Бұл процедураны екі жеке-жеке операцияларға бөлуге болады. Біріншісі, дискретизация деп аталады. Ол U(t) үзіліссіз уақыт функциясын {U(tj)} үзіліссіз.з тізбекке түрлендіреді. Екіншісі кванттау деп аталады да, үзіліссіз тізбекті {U'(tj)}дискреттіге айналдырады. Жалпы жағдайда дискретизацияның жиілігі fj(t) функциясынан және қателіктердің мүмкін деңгейіне тәуелді болады. Осының бәрін  дискретизация жиілігін таңдаған кезде АЦТ керекті жылдамдығын анықтау қажет.  Жиі бұл параметрді АЦТ өңдеушісіне береді.Синусоидалды сигналдың дискретизациясы үшін 100 кГц жиілікті 1% қателікпен АЦТ түрлендіру уақыты 25 нс болуы тиіс. Сол уақытта тез жылдамдықты АЦТ көмегімен спектр ені 20 МГц болатын сигналдарды дискреттеуге болады. АЦТ көмегімен дискреттеу АЦТ жылдамдығы мен дискреттеу периоды айырмашылығына әкеледі. Бұл айырмашылық 2...3 ретке жетеді де дискреттеу процесін қиындатады. 

       Қазіргі уақытта кернеу-кодтардың түрлендіруінің көп әдістері бар.  Бұл әдістер бір-бірінен потенциалды нақтылықпен, түрлендіру жылдамдығымен және аппаратты реализация қиындығымен ерекшеленеді. АЦТ классификациясына уақыт бойынша аналогты шаманың цифрлыққа түрленуі жатады. Сигналдың таңдалынған мәндерінің цифрлық эквивалентке түрленуіне кванттау және кодтау операциялары жатады.  Олар цифрлық элементтің түрлендіруші шамаға тізбекті, параллельді немесе тізбекті-параллельді процедуралары арқылы істейді.

Параллельді АЦТ

    АЦТ-ң  бұл түрі сигналды кванттау бір уақытта кіріс сигнал көзіне параллель қосылған компараторларды таңдаумен жүргізіледі. 31.1 Суретте параллельді әдіспен 3-разрядты санғаАЦ түрлендіруі жүргізілеген.

Үш екілік разрядты сан көмегімен нөлмен қоса, сегіз әртүрлі санды келтіруге болады. Сол үшін жеті компаратор қажет. Жеті сәйкес тіреуіш кернеу ризистивті бөлгішпен пайда болады. Егер берілген кіріс кернеу 5/2h -7/2h диапозон аралығында болса, мұндағы h=Uоп/7 – кіріс кернеу кванты, АЦТ разрядының кіші бірлігіне сәйкес келсе, онда 1 компаратордан 3 компараторға дейін 1жағдайында, ал 4 компаратордан 7-ге дейін  0 жағдайына келеді. Бұл кодтау группаларының үш мәнді екілік санға түрленуін логикалық құрылғы орындайды, ол приоритетті шифратор жағдай диаграммасы 1 кестеде көрсетілген.

К е с т е 1

Приоритетті шифратордың АЦТ шығысына қосылуы шығыс кодтың қателігіне әкеледі. Мысалы, үштің төртке ауысуын қарастырамыз немесе екілік кодта 011 ден 100- ауысуы. Егер кіші разряд тоқтау уақыты негізінде үлкен разряд өзінің жағдайын өзгертсе, онда шығыста 111 саны шығады, яғни жеті саны. Бұл жағдайда қате мөлшері өлшенетін диапозонның жартысын алып тұрады.

1-кестеден көрінетіндей, кіріс сигналдары үлкейгенде компараторлар кезекпен төменнен жоғары қарай 1 жағдайына қойылады. Бұл кезек кіріс сигналдың тез өсуінде сақталмайды, себебі тоқтау уақытында компараторлар басқа ретпен қосылады. Приоритетті кодтауда қатені болғызбауға болады, себебі приоритетті шифраторда кіші разрядтағы бірліктерді санамайды. Бір уақытта АЦТ параллель компараторларының жұмысы өте жылдам болады. Бұл түрлендіргіш тізбектелген АЦТ -ның мысалы бола алады, компаратордан, счетчиктан және АЦТ -дан тұрады. Компаратордың бір кірісіне кіріс сигнал түседі, ал екінші кірісіне АЦП-мен кері байланыс сигналы түседі.

Түрлендіргіш жұмысы запуск импульсі келгеннен басталады, ол санағышты, генераторлы тактілі импульстерден түсетін импульстердің санының қосындысын қосады. Счетчиктің шығыс коды АЦТ - ке түседі, оны кері байланыстың кернеуіне түрлендіруіне әкеледі.   Түрлендіру процесі кері байланыстың кернеуі кіріс кернеумен теңескенше және компараторды ауыстырып қосады, ол өзінің шығыс сигналымен тактілі импульстерді счетчикке түсуін тоқтатады. Компаратор шығысының 1-ден 0-ге ауысуы түрлендіру процесінің бітуін көрсетеді.  Түрлендіру бітер кезде кіріс кернеуге пропорционалды шығыс код счетчик шығысымен салыстырып оқиды.

АЦТ ерекшелігі үлкен емес тек қана бірнеше килогерцке жететін дискреттеудің жиілігі болады. АЦТ осы сыныпты құрылымы салыстырмалы қарапайым болып келеді .

Қысқартулар тізімі

(ШӨД) Шала өткізгіш диодтар

(ЖН) жұмыс нүктесі

КАР (АРУ) – күшейтуді автоматты реттеу

АС (АХ) – Амплитудалық сипаттама

АЖС (АЧХ) – Амплитудалы-жиіліктік сипаттама

АЭҚ (АЭУ) – Анологты электрондық құрылғы

ЖЖ (ВЧ) – Жоғары жиіліктер

ТТГ (ГСТ) – тұрақтандырылған ток генераторы

ДКас – Дифференциалдық каскад

ДК (ДУ) - Дифференциалдық күшейткіш

ИМС – Интегралдық микросхема

БЖН (ИРТ) – Бастапқы жұмысшы нүкте

ТЖ (НЧ) – төменгі жиілік

ОБ – Ортақ база

ЖҚА (ОБР) – Жұмыстық қауіпсіз аймағы

ОБас (ОИ) – Ортақ бастау

ОКол – ортақ коллектор

ТКБ (ООС) – Теріс кері байланыс

ОҚұй (ОС) ортақ құйма

ОК (ОУ) – операциялық күшейткіш

ОКБ (ПОС) – оң кері байланыс

Әдебиеттер тізімі

1.     Берикулы Әлімжан Техникалық электроника: Жоғарғы техникалық оқу орындары студенттеріне арналған оқулық. – Алматы: Білім, 1995. – 196 бет.

2.     Берикулы Ә. ЭВМ және электроника. – Алматы, 1995. – 150 с.

3.     Джурунтаев Дж.З. Схемотехника. – Алматы: “Эверо”, 2005.

4.     Алексеев А.Н., Шайхин Б.М. “Электроника мен фотониканың физикалық негіздері”. Оқу құралы, АЭИ, Алматы, 1992 ж.

5.     Булычев А.Л., Лямин Е.С., Тулинов Е.С. Электронные приборы. – М.: Лайт Лтд., 2000. – 416 с.

6.     Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника: Учебное пособие. – Ростов на Дону: Феникс, 2000. – 448 с.

7.     Степаненко И.П. Основы микроэлектроники. – М.: Сов. радио, 2000.

8.     Джонс М.Х. Электроника: Практический курс /Библиотека современной электроники. – М.:, 1999. – 528 с.

9.     Электротехника и электроника в экспериментах и упражнениях: Практикум на Electronics Workbench. В 2 т. – М. – Т1: Электротехника (+СД). – 1999. – 304 с.; Т2: Электроника (+СД). – 2000. –288 с.

10.  Аксенов А.И., Нефедов А.В. Отечественные полупроводниковые приборы. Транзисторы биполярные и полевые. Аналоги отечественных и зарубежных приборов. Кн.1: Справочное пособие. – М.: Солон-Р, 1999. – 496с.

11. Тугов Н,М., Глебов Б. Д., Чарыков Н.А. Полупроводниковые приборы. –М.: Энергоатомиздат 1990. – 578 с.

12. Полупроводниковые приборы: диоды ВЧ, диоды импульсные, оптоэлектронные приборы: Справочник. – М.: Радиосвязь. 1988 – 592 с.

13.  Интегральные микросхемы. Справочник.– М: Энергоатомиздат, 1985.

14.  Носов Ю.Р., Сидоров А.С. Оптроны и их применение. – М .:Радио и связь, 1981. - 280 с.

15.  Полупроводниковые оптоэлектронные приборы: Справочник /Иванов В.И. др. – М .: Энергоатомиздат, 1989. – 448 с.

16.        Разевиг В.Д. Система сквозного проектирования электронных устройств DesigLab 8/0. – М.: Солон, 1999.– 698 с.

17.  Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. – М.: Солон, 2000.