Основы интегральных микросхем

Электронная схема — это группа электронных компонентов, соединенных для определенной цели.

Простая электронная схема может быть сконструирована легко, потому что она требует нескольких дискретных электронных компонентов и соединений. Однако проектирование сложной электронной схемы является сложным, поскольку требует большего количества дискретных электронных компонентов и их соединений. Это также требует времени для создания таких сложных схем, и их надежность также меньше. Эти трудности можно преодолеть с помощью интегральных схем.

Интегральная схема (IC)

Если несколько электронных компонентов соединены в одном кристалле из полупроводникового материала, то этот чип называется интегральной схемой (ИС) . Он состоит из активных и пассивных компонентов.

В этой главе рассматриваются преимущества и типы микросхем.

Преимущества интегральных схем

Интегральные схемы предлагают много преимуществ. Они обсуждаются ниже —

• Компактный размер — для данной функциональности вы можете получить схему меньшего размера с использованием интегральных схем по сравнению с той, которая построена с использованием дискретной схемы.

• Меньший вес . Схема, построенная с использованием микросхем, весит меньше, чем масса дискретной схемы, которая используется для реализации той же функции микросхемы. с использованием микросхем, по сравнению с построенными с использованием дискретной схемы.

• Низкое энергопотребление — микросхемы потребляют меньше энергии, чем традиционные схемы, из-за их меньшего размера и конструкции.

• Снижение затрат — микросхемы доступны по значительно более низкой цене, чем дискретные схемы, из-за их технологий изготовления и использования меньшего количества материала, чем дискретные схемы.

• Повышенная надежность — поскольку они используют меньшее количество соединений, интегральные схемы обеспечивают повышенную надежность по сравнению с цифровыми цепями.

• Улучшенные рабочие скорости — интегральные схемы работают на улучшенных скоростях из-за своей скорости переключения и меньшего энергопотребления.

Компактный размер — для данной функциональности вы можете получить схему меньшего размера с использованием интегральных схем по сравнению с той, которая построена с использованием дискретной схемы.

Меньший вес . Схема, построенная с использованием микросхем, весит меньше, чем масса дискретной схемы, которая используется для реализации той же функции микросхемы. с использованием микросхем, по сравнению с построенными с использованием дискретной схемы.

Низкое энергопотребление — микросхемы потребляют меньше энергии, чем традиционные схемы, из-за их меньшего размера и конструкции.

Снижение затрат — микросхемы доступны по значительно более низкой цене, чем дискретные схемы, из-за их технологий изготовления и использования меньшего количества материала, чем дискретные схемы.

Повышенная надежность — поскольку они используют меньшее количество соединений, интегральные схемы обеспечивают повышенную надежность по сравнению с цифровыми цепями.

Улучшенные рабочие скорости — интегральные схемы работают на улучшенных скоростях из-за своей скорости переключения и меньшего энергопотребления.

Типы интегральных микросхем

Интегральные схемы бывают двух типов — аналоговые интегральные схемы и цифровые интегральные схемы .

Аналоговые интегральные схемы

Интегральные схемы, которые работают во всем диапазоне непрерывных значений амплитуды сигнала, называются аналоговыми интегральными схемами. Они далее подразделяются на два типа, как обсуждено здесь —

• Линейные интегральные схемы . Аналоговая ИС называется линейной, если существует линейная зависимость между ее напряжением и током. IC 741, 8-контактный операционный усилитель Dual In-Line Package (DIP), является примером линейной ИС.

• Радиочастотные интегральные схемы . Аналоговая ИС называется нелинейной, если существует нелинейная зависимость между ее напряжением и током. Нелинейная ИС также называется радиочастотной ИС.

Линейные интегральные схемы . Аналоговая ИС называется линейной, если существует линейная зависимость между ее напряжением и током. IC 741, 8-контактный операционный усилитель Dual In-Line Package (DIP), является примером линейной ИС.

Радиочастотные интегральные схемы . Аналоговая ИС называется нелинейной, если существует нелинейная зависимость между ее напряжением и током. Нелинейная ИС также называется радиочастотной ИС.

Цифровые интегральные схемы

Если интегральные схемы работают только на нескольких предварительно определенных уровнях вместо того, чтобы работать для всего диапазона непрерывных значений амплитуды сигнала, то они называются цифровыми интегральными схемами .

В следующих главах мы обсудим различные линейные интегральные схемы и их применение.

Основы операционного усилителя

Операционный усилитель, также называемый операционным усилителем, представляет собой интегральную схему, которая может использоваться для выполнения различных линейных, нелинейных и математических операций. Операционный усилитель — это прямой усилитель с высоким коэффициентом усиления . Вы можете управлять операционным усилителем как с сигналами переменного, так и постоянного тока. В этой главе рассматриваются характеристики и типы операционных усилителей.

Конструкция операционного усилителя

Операционный усилитель состоит из дифференциального усилителя (ей), транслятора уровня и выходного каскада. Дифференциальный усилитель присутствует на входном каскаде операционного усилителя, и, следовательно, операционный усилитель состоит из двух входных клемм . Одна из этих клемм называется инвертирующей, а другая называется неинвертирующей . Терминалы названы на основе соотношения фаз между их соответствующими входами и выходами.

Характеристики операционного усилителя

Важные характеристики или параметры операционного усилителя следующие:

• Коэффициент усиления по разомкнутому контуру
• Выходное смещение напряжения
• Коэффициент отклонения синфазного режима
• Скорость нарастания

В этом разделе подробно рассматриваются эти характеристики, как указано ниже —

Коэффициент усиления по разомкнутому контуру

Коэффициент усиления по напряжению разомкнутого контура операционного усилителя — это его дифференциальное усиление без какой-либо обратной связи.

Математически усиление напряжения разомкнутого контура операционного усилителя представляется как —

$$A_ {v} = \ frac {v_0} {v_1-v_2}$$

Выходное смещение напряжения

Напряжение, присутствующее на выходе операционного усилителя, когда его дифференциальное входное напряжение равно нулю, называется напряжением смещения на выходе.

Коэффициент отклонения синфазного режима

Коэффициент подавления синфазного сигнала ( CMRR ) операционного усилителя определяется как отношение дифференциального усиления замкнутого контура, $A_ {d}$ и коэффициента усиления синфазного сигнала, $A_ {c}$.

Математически CMRR можно представить как —

$$CMRR = \ гидроразрыва {А_ {d}} {А_ {C}}$$

Обратите внимание, что усиление синфазного сигнала, $A_ {c}$ операционного усилителя, представляет собой отношение выходного напряжения синфазного режима и входного напряжения синфазного режима.

Скорость нарастания

Скорость нарастания операционного усилителя определяется как максимальная скорость изменения выходного напряжения из-за ступенчатого входного напряжения.

Математически скорость нарастания (SR) может быть представлена ​​как —

SR=Максимальнаяиз гидроразрыва текстdV0 текстdт $$SR = Максимальная \: из \: \ гидроразрыва {\ текст {d} V_ {0}} {\ текст {d} т}$$

Где $V_ {0}$ — выходное напряжение. В общем случае скорость нарастания измеряется в V/ muSec$V / \ mu \: Sec$ или V/mSec$V / m \: Sec$.

Типы операционных усилителей

Операционный усилитель представлен треугольным символом, имеющим два входа и один выход.

Операционные усилители бывают двух типов: Идеальный операционный усилитель и Практический операционный усилитель .

Они обсуждаются подробно, как указано ниже —

Идеальный операционный усилитель

Идеальный операционный усилитель существует только в теории и практически не существует. Эквивалентная схема идеального операционного усилителя показана на рисунке ниже —

Идеальный операционный усилитель обладает следующими характеристиками:

• Входной импеданс $Z_ {i} = \ infty \ Omega$

• Выходной импеданс $Z_ {0} = 0 \ Omega$

• Напряжение разомкнутого контура gaine $A_ {v} = \ infty$

• Если (дифференциальное) входное напряжение $V_ {i} = 0 В$, то выходное напряжение будет $V_ {0} = 0 В$

• Пропускная способность бесконечна . Это означает, что идеальный операционный усилитель будет усиливать сигналы любой частоты без какого-либо ослабления.

• Коэффициент отклонения синфазного сигнала (CMRR) равен бесконечности .

• Скорость нарастания (SR) равна бесконечности . Это означает, что идеальный операционный усилитель будет производить изменение выходной мощности мгновенно в ответ на входное ступенчатое напряжение.

Входной импеданс $Z_ {i} = \ infty \ Omega$

Выходной импеданс $Z_ {0} = 0 \ Omega$

Напряжение разомкнутого контура gaine $A_ {v} = \ infty$

Если (дифференциальное) входное напряжение $V_ {i} = 0 В$, то выходное напряжение будет $V_ {0} = 0 В$

Пропускная способность бесконечна . Это означает, что идеальный операционный усилитель будет усиливать сигналы любой частоты без какого-либо ослабления.

Коэффициент отклонения синфазного сигнала (CMRR) равен бесконечности .

Скорость нарастания (SR) равна бесконечности . Это означает, что идеальный операционный усилитель будет производить изменение выходной мощности мгновенно в ответ на входное ступенчатое напряжение.

Практический операционный усилитель

Практически, операционные усилители не идеальны и отличаются от своих идеальных характеристик из-за некоторых недостатков в процессе производства. Эквивалентная схема практического операционного усилителя показана на следующем рисунке —

Практический операционный усилитель обладает следующими характеристиками:

• Входной импеданс, $Z_ {i}$ в мегомах .

• Выходной импеданс, $Z_ {0}$ порядка нескольких Ом. ,

• Коэффициент усиления по разомкнутому контуру, $A_ {v}$ будет высоким .

Входной импеданс, $Z_ {i}$ в мегомах .

Выходной импеданс, $Z_ {0}$ порядка нескольких Ом. ,

Коэффициент усиления по разомкнутому контуру, $A_ {v}$ будет высоким .

Когда вы выбираете практичный операционный усилитель, вы должны проверить, удовлетворяет ли он следующим условиям:

• Входной импеданс, $Z_ {i}$ должен быть как можно выше.

• Выходное сопротивление, $Z_ {0}$ должно быть как можно ниже.

• Коэффициент усиления по разомкнутому контуру, $A_ {v}$ должен быть как можно выше.

• Выходное смещение напряжения должно быть как можно ниже.

• Рабочая пропускная способность должна быть максимально высокой.

• CMRR должен быть как можно выше.

• Скорость нарастания должна быть максимально высокой.

Входной импеданс, $Z_ {i}$ должен быть как можно выше.

Выходное сопротивление, $Z_ {0}$ должно быть как можно ниже.

Коэффициент усиления по разомкнутому контуру, $A_ {v}$ должен быть как можно выше.

Выходное смещение напряжения должно быть как можно ниже.

Рабочая пропускная способность должна быть максимально высокой.

CMRR должен быть как можно выше.

Скорость нарастания должна быть максимально высокой.

Примечание. Операционный усилитель IC 741 — самый популярный и практичный операционный усилитель.

Op-Amp-Applications

Схема называется линейной , если между ее входом и выходом существует линейная зависимость. Точно так же цепь называется нелинейной , если существует нелинейная связь между ее входом и выходом.

Операционные усилители могут использоваться как в линейных, так и в нелинейных приложениях. Ниже приведены основные применения ОУ —

• Инвертирующий усилитель
• Неинвертирующий усилитель
• Повторитель напряжения

В этой главе подробно рассматриваются эти основные приложения.

Инвертирующий усилитель

Инвертирующий усилитель принимает вход через свой инвертирующий вывод через резистор $R_ {1}$ и выдает его усиленную версию в качестве выхода. Этот усилитель не только усиливает вход, но и инвертирует его (меняет знак).

Принципиальная схема инвертирующего усилителя показана на следующем рисунке —

Обратите внимание, что для операционного усилителя напряжение на инвертирующей входной клемме равно напряжению на его неинвертирующей входной клемме. Физически между этими двумя терминалами нет коротких замыканий, но фактически они коротки между собой.

В схеме, показанной выше, неинвертирующий входной терминал подключен к земле. Это означает, что на неинвертирующий входной вывод операционного усилителя подается нулевое напряжение.

Согласно концепции виртуального короткого замыкания , напряжение на инвертирующей входной клемме операционного усилителя будет равно нулю.

Узловое уравнение в узле этого терминала, как показано ниже —

$$\ frac {0-V_i} {R_1} + \ frac {0-V_0} {R_f} = 0$$

$$=> \ frac {-V_i} {R_1} = \ frac {V_0} {R_f}$$

$$=> V_ {0} = \ влево (\ гидроразрыва {-R_f} {R_1} \ справа) V_ {т}$$

$$=> \ frac {V_0} {V_i} = \ frac {-R_f} {R_1}$$

Соотношение выходного напряжения $V_ {0}$ и входного напряжения $V_ {i}$ представляет собой усиление напряжения или усиление усилителя. Следовательно, коэффициент усиления инвертирующего усилителя равен $- \ frac {R_f} {R_1}$.

Обратите внимание, что усиление инвертирующего усилителя имеет отрицательный знак . Это указывает на то, что между входом и выходом существует разность фаз 180 °.

Неинвертирующий усилитель

Неинвертирующий усилитель принимает вход через неинвертирующий терминал и выдает усиленную версию в качестве выходного. Как следует из названия, этот усилитель просто усиливает вход, не инвертируя и не изменяя знак выхода.

Принципиальная схема неинвертирующего усилителя показана на следующем рисунке —

В вышеупомянутой схеме входное напряжение $V_ {i}$ напрямую подается на неинвертирующий входной вывод операционного усилителя. Таким образом, напряжение на неинвертирующей входной клемме операционного усилителя будет составлять $V_ {i}$.

Используя принцип деления напряжения , мы можем рассчитать напряжение на инвертирующей входной клемме операционного усилителя, как показано ниже:

$$=> V_ {1} = V_ {0} \ left (\ frac {R_1} {R_1 + R_f} \ right)$$

Согласно концепции виртуального короткого замыкания , напряжение на инвертирующем входном выводе операционного усилителя такое же, как и напряжение на его неинвертирующем входном выводе.

$$=> V_ {1} = V_ {i}$$

$$=> V_ {0} \ влево (\ гидроразрыва {R_1} {R_1 + R_F} \ справа) = V_ {я}$$

$$=> \ гидроразрыва {v_0} {V_i} = \ {гидроразрыва R_1 + R_F} {R_1}$$

$$=> \ гидроразрыва {v_0} {V_i} = 1 + \ гидроразрыва {R_F} {R_1}$$

Теперь соотношение выходного напряжения $V_ {0}$ и входного напряжения $V_ {i}$ или усиления или усиления неинвертирующего усилителя равно $1 + \ frac {R_f} {R_1}$.

Обратите внимание, что усиление неинвертирующего усилителя имеет положительный знак . Это указывает на отсутствие разности фаз между входом и выходом.

Повторитель напряжения

Повторитель напряжения представляет собой электронную схему, которая вырабатывает выход, следующий за входным напряжением. Это особый случай неинвертирующего усилителя.

Если мы рассматриваем значение резистора обратной связи, $R_ {f}$ как ноль омов и (или) значение резистора, 1 как бесконечность, то неинвертирующий усилитель становится повторителем напряжения. Принципиальная схема повторителя напряжения показана на следующем рисунке —

В вышеупомянутой схеме входное напряжение $V_ {i}$ напрямую подается на неинвертирующий входной вывод операционного усилителя. Таким образом, напряжение на неинвертирующей входной клемме операционного усилителя равно $V_ {i}$. Здесь выход напрямую подключен к инвертирующему входу терминала операционного усилителя. Следовательно, напряжение на инвертирующей входной клемме операционного усилителя равно $V_ {0}$.

Согласно концепции виртуального короткого замыкания , напряжение на инвертирующей входной клемме операционного усилителя такое же, как и напряжение на его неинвертирующей входной клемме.

$$=> V_ {0} = V_ {i}$$

Таким образом, выходное напряжение $V_ {0}$ повторителя напряжения равно его входному напряжению $V_ {i}$.

Таким образом, усиление повторителя напряжения равно единице, поскольку и выходное напряжение $V_ {0}$, и входное напряжение $V_ {i}$ повторителя напряжения одинаковы.

Арифметические схемы

В предыдущей главе мы обсуждали основные области применения операционного усилителя. Обратите внимание, что они подпадают под линейные операции операционного усилителя. В этой главе мы поговорим об арифметических схемах, которые также являются линейным применением операционного усилителя.

Электронные схемы, которые выполняют арифметические операции, называются арифметическими схемами . Используя операционные усилители, вы можете построить основные арифметические схемы, такие как сумматор и вычитатель . В этой главе вы узнаете о каждом из них подробно.

Сумматор

Сумматор — это электронная схема, которая выдает выходной сигнал, равный сумме приложенных входов. В этом разделе обсуждается схема сумматора на основе операционного усилителя.

Сумматор на основе операционного усилителя выдает выходной сигнал, равный сумме входных напряжений, подаваемых на его инвертирующий вывод. Он также называется суммирующим усилителем , поскольку выход является усиленным.

Принципиальная схема сумматора на основе операционного усилителя показана на следующем рисунке —

В вышеупомянутой схеме неинвертирующий входной терминал операционного усилителя соединен с землей. Это означает, что на его неинвертирующую входную клемму подается нулевое напряжение.

Согласно концепции виртуального короткого замыкания , напряжение на инвертирующем входном выводе операционного усилителя такое же, как и напряжение на его неинвертирующем входном выводе. Таким образом, напряжение на инвертирующей входной клемме операционного усилителя будет равно нулю.

Узловое уравнение в узле инвертирующего входного терминала

$$\ гидроразрыва {0-V_1} {R_1} + \ гидроразрыва {0-V_2} {R_2} + \ гидроразрыва {0-v_0} {R_F} = 0$$

$$=> \ гидроразрыва {v_1} {R_1} - \ гидроразрыва {V_2} {r_2} = \ {гидроразрыва v_0} {R_F}$$

$$=> V_ {0} = R_ {F} \ влево (\ гидроразрыва {V_1} {R_1} + \ гидроразрыва {V_2} {R_2} \ справа)$$

Если $R_ {f} = R_ {1} = R_ {2} = R$, то выходное напряжение $V_ {0}$ будет —

V0=−Р влево( гидроразрываV1R+ гидроразрываV2R, справа) $$V_ {0} = - Р {} \ влево (\ гидроразрыва {V_1} {R} + \ гидроразрыва {V_2} {R}, \ справа)$$

$$=> V_ {0} = - (V_ {1} + V_ {2})$$

Следовательно, рассмотренная выше схема сумматора на основе операционного усилителя выдает сумму двух входных напряжений $v_ {1}$ и $v_ {1}$ в качестве выхода, когда все присутствующие в цепи резисторы имеют одинаковое значение , Обратите внимание, что выходное напряжение $V_ {0}$ схемы сумматора имеет отрицательный знак , который указывает на наличие разности фаз 180 ⁰ между входом и выходом.

Вычитание

Вычитатель — это электронная схема, которая выдает выходной сигнал, равный разности приложенных входных сигналов. В этом разделе обсуждается схема вычитателя на основе операционного усилителя.

Вычитатель на основе операционного усилителя создает выходной сигнал, равный разности входных напряжений, подаваемых на его инвертирующие и неинвертирующие выводы. Он также называется усилителем разности , поскольку выход является усиленным.

Принципиальная схема вычитателя на основе операционного усилителя показана на следующем рисунке —

Теперь давайте найдем выражение для выходного напряжения $V_ {0}$ вышеупомянутой схемы, используя теорему суперпозиции, используя следующие шаги:

Шаг 1

Во-первых, давайте рассчитаем выходное напряжение $V_ {01}$, рассматривая только $V_ {1}$.

Для этого исключите $V_ {2}$, сделав его коротким замыканием. Затем мы получаем модифицированную принципиальную схему, как показано на следующем рисунке —

Теперь, используя принцип деления напряжения , рассчитайте напряжение на неинвертирующей входной клемме операционного усилителя.

$$=> V_ {р} = V_ {1} \ влево (\ гидроразрыва {R_3} {R_2 + R_3} \ справа)$$

Теперь вышеприведенная схема выглядит как неинвертирующий усилитель с входным напряжением $V_ {p}$. Следовательно, выходное напряжение $V_ {01}$ вышеуказанной цепи будет

$$V_ {01} = V_ {р} \ влево (1+ \ гидроразрыва {R_F} {R_1} \ справа)$$

Подставляя значение $V_ {p}$ в вышеприведенном уравнении, мы получаем выходное напряжение $V_ {01}$, рассматривая только $V_ {1}$, как —

$$V_ {01} = V_ {1} \ влево (\ гидроразрыва {R_3} {R_2 + R_3} \ справа) \ влево (1+ \ гидроразрыва {R_F} {R_1} \ справа)$$

Шаг 2

На этом шаге мы найдем выходное напряжение $V_ {02}$, рассматривая только $V_ {2}$. Аналогично тому, что описано выше, исключите $V_ {1}$, сделав его коротким замыканием Модифицированная принципиальная схема показана на следующем рисунке.

Вы можете заметить, что напряжение на неинвертирующей входной клемме операционного усилителя будет равно нулю. Это означает, что вышеупомянутая схема — просто инвертирующий операционный усилитель . Следовательно, выходное напряжение $V_ {02}$ вышеуказанной цепи будет —

$$V_ {02} = \ влево (- \ гидроразрыва {R_F} {R_1} \ справа) V_ {2}$$

Шаг 3

На этом этапе мы получим выходное напряжение $V_ {0}$ схемы вычитателя путем сложения выходных напряжений, полученных на этапах 1 и 2. Математически это можно записать как

$$V_ {0} = V_ {01} + V_ {02}$$

Подставляя значения $V_ {01}$ и $V_ {02}$ в вышеприведенном уравнении, получим —

V0=V1 влево( гидроразрываR3R2+R3 справа) влево(1+ гидроразрываRFR1 справа)+ влево(− гидроразрываRFR1 справа)V2 $$V_ {0} = V_ {1} \ влево (\ гидроразрыва {R_3} {R_2 + R_3} \ справа) \ влево (1+ \ гидроразрыва {R_F} {R_1} \ справа) + \ влево (- \ гидроразрыва {} {R_F R_1} \ справа) V_ {2}$$

$$=> V_ {0} = V_ {1} \ влево (\ гидроразрыва {R_3} {R_2 + R_3} \ справа) \ влево (1+ \ гидроразрыва {R_F} {R_1} \ справа) - \ влево (\ гидроразрыва {R_F} {R_1} \ справа) V_ {2}$$

Если $R_ {f} = R_ {1} = R_ {2} = R_ {3} = R$, то выходное напряжение $V_ {0}$ будет

$$V_ {0} = V_ {1} \ влево (\ гидроразрыва {R} {R + R} \ справа) \ влево (1+ \ гидроразрыва {R} {R}, \ справа) - \ влево (\ гидроразрыва { R} {R} \ справа) V_ {2}$$

$$=> V_ {0} = V_ {1} \ влево (\ гидроразрыва {R}, {2R} \ справа) (2) - (1) V_ {2}$$

$$V_ {0} = V_ {1} -V_ {2}$$

Таким образом, схема вычитателя на основе операционного усилителя, описанная выше, будет создавать выходной сигнал, который представляет собой разность двух входных напряжений $V_ {1}$ и $V_ {2}$, когда все присутствующие в цепи резисторы имеют одинаковое значение ,

Дифференциатор И Интегратор

Электронные схемы, которые выполняют математические операции, такие как дифференцирование и интегрирование, называются дифференциатором и интегратором соответственно.

В этой главе подробно обсуждается дифференциатор и интегратор на основе операционных усилителей. Обратите внимание, что они также подпадают под линейное применение операционного усилителя.

дифференциатор

Дифференциатор — это электронная схема, которая выдает выход, равный первой производной его входа. В этом разделе подробно описывается дифференциатор на основе операционных усилителей.

Дифференциатор на основе операционного усилителя создает выходной сигнал, который равен разности входного напряжения, которое подается на его инвертирующий вывод. Принципиальная схема дифференциатора на основе операционного усилителя показана на следующем рисунке —

В вышеупомянутой схеме неинвертирующий входной терминал операционного усилителя соединен с землей. Это означает, что на его неинвертирующую входную клемму подается нулевое напряжение.

Согласно концепции виртуального короткого замыкания , напряжение на инвертирующей входной клемме операционного усилителя будет равно напряжению, присутствующему на его неинвертирующей входной клемме. Таким образом, напряжение на инвертирующей входной клемме операционного усилителя будет равно нулю.

Узловое уравнение в узле инвертирующего входного терминала —

$$С \ гидроразрыва {\ текст {d} (0-V_ {г})} {\ текст {d} т} + \ гидроразрыва {0}-v_0 {R} = 0$$

$$=> - С \ гидроразрыва {\ текст {d} V_ {я}} {\ текст {d} т} = \ гидроразрыва {v_0} {R}$$

$$=> V_ {0} = - RC \ гидроразрыва {\ текст {d} V_ {я}} {\ текст {d} т}$$

Если $RC = 1 \ sec$, то выходное напряжение $V_ {0}$ будет равно

$$V_ {0} = - \ гидроразрыва {\ текст {d} V_ {я}} {\ текст {d} т}$$

Таким образом, схема дифференциатора на основе операционного усилителя, показанная выше, будет создавать выходной сигнал, который является дифференциалом входного напряжения $V_ {i}$, когда величины импедансов резистора и конденсатора взаимны друг с другом.

Обратите внимание, что выходное напряжение $V_ {0}$ имеет отрицательный знак , который указывает на наличие разности фаз 180 ⁰ между входом и выходом.

интегратор

Интегратор — это электронная схема, которая создает выход, являющийся интеграцией прикладного входа. В этом разделе обсуждается интегратор на основе операционных усилителей.

Интегратор на основе операционного усилителя создает выходной сигнал, который является интегралом от входного напряжения, подаваемого на его инвертирующий вывод. Принципиальная схема интегратора на основе операционного усилителя показана на следующем рисунке —

В схеме, показанной выше, неинвертирующий входной терминал операционного усилителя подключен к земле. Это означает, что на его неинвертирующую входную клемму подается нулевое напряжение.

Согласно концепции виртуального короткого замыкания , напряжение на инвертирующем входном выводе операционного усилителя будет равно напряжению, присутствующему на его неинвертирующем входном выводе. Таким образом, напряжение на инвертирующей входной клемме операционного усилителя будет равно нулю.

Узловое уравнение на инвертирующей входной клемме —

$$\ гидроразрыва {0}-V_i {К} + С \ гидроразрыва {\ текст {d} (0-V_ {0})} {\ текст {d} т} = 0$$

$$=> \ гидроразрыва {-V_i} {R} = С \ гидроразрыва {\ текст {d} V_ {0}} {\ текст {d} т}$$

$$=> \ гидроразрыва {\ текст {d} V_ {0}} {\ текст {d} т} = - \ гидроразрыва {V_i} {RC}$$

$$=> {d} V_ {0} = \ влево (- \ гидроразрыва {V_i} {RC} \ справа) {\ текст {d} т}$$

Интегрируя обе части уравнения, показанного выше, мы получаем —

$$\ int {d} V_ {0} = \ int \ влево (- \ гидроразрыва {V_i} {RC} \ справа) {\ текст {d} т}$$

$$=> V_ {0} = - \ frac {1} {RC} \ int V_ {t} {\ text {d} t}$$

Если $RC = 1 \ sec$, то выходное напряжение $V_ {0}$ будет равно

$$V_ {0} = - \ int V_ {i} {\ text {d} t}$$

Таким образом, схема интегратора на основе операционного усилителя, описанная выше, будет создавать выходной сигнал, который является интегралом от входного напряжения $V_ {i}$, когда величины импедансов резистора и конденсатора взаимны друг с другом.

Примечание . Выходное напряжение $V_ {0}$ имеет отрицательный знак , который указывает на наличие разности фаз 180 ⁰ между входом и выходом.

Преобразователи электрических величин

Напряжение и ток являются основными электрическими величинами. Они могут быть преобразованы друг в друга в зависимости от требований. Преобразователь напряжения в ток и преобразователь тока в напряжение — две схемы, которые помогают в таком преобразовании. Это также линейные применения операционных усилителей. В этой главе они обсуждаются подробно.

Преобразователь напряжения в ток

Преобразователь напряжения в ток или преобразователь V в I — это электронная схема, которая принимает ток в качестве входа и производит напряжение в качестве выхода. В этом разделе обсуждается преобразователь напряжения в ток на основе операционного усилителя.

Преобразователь напряжения в ток на основе операционного усилителя создает выходной ток, когда напряжение подается на его неинвертирующий вывод. Принципиальная электрическая схема преобразователя напряжения в ток на основе операционного усилителя показана на следующем рисунке.

В показанной выше схеме входное напряжение $V_ {i}$ подается на неинвертирующий входной вывод операционного усилителя. Согласно концепции виртуального короткого замыкания , напряжение на инвертирующей входной клемме операционного усилителя будет равно напряжению на его неинвертирующей входной клемме. Таким образом, напряжение на инвертирующей входной клемме операционного усилителя будет составлять $V_ {i}$.

Узловое уравнение в узле инвертирующего входного терминала —

 гидроразрываViR1−I0=0 $$\ гидроразрыва {V_i} {} R_1 -I_ {0} = 0$$

$$=> I_ {0} = \ {гидроразрыва V_t} {R_1}$$

Таким образом, выходной ток $I_ {0}$ преобразователя напряжения в ток представляет собой отношение его входного напряжения $V_ {i}$ и сопротивления $R_ {1}$.

Мы можем переписать приведенное выше уравнение как —

$$\ гидроразрыва {I_0} {V_i} = \ гидроразрыва {1} {R_1}$$

Вышеупомянутое уравнение представляет отношение выходного тока $I_ {0}$ и входного напряжения $V_ {i}$, и оно равно обратной величине сопротивления $R_ {1}$ Соотношение выходного тока $I_ { 0}$, а входное напряжение $V_ {i}$ называется Transconductance .

Мы знаем, что соотношение выхода и входа цепи называется усилением. Таким образом, коэффициент усиления преобразователя напряжения в ток является Transconductance, и он равен обратной величине сопротивления $R_ {1}$.

Преобразователь тока в напряжение

Преобразователь тока в напряжение или преобразователь I в V — это электронная схема, которая принимает ток в качестве входа и производит напряжение в качестве выхода. В этом разделе обсуждается преобразователь тока в напряжение на основе операционного усилителя.

Преобразователь тока в напряжение на основе операционного усилителя создает выходное напряжение при подаче тока на его инвертирующий вывод. Принципиальная схема преобразователя тока в напряжение на основе операционного усилителя показана на следующем рисунке.

В схеме, показанной выше, неинвертирующий входной терминал операционного усилителя подключен к земле. Это означает, что на его неинвертирующую входную клемму подается нулевое напряжение.

Согласно концепции виртуального короткого замыкания , напряжение на инвертирующей входной клемме операционного усилителя будет равно напряжению на его неинвертирующей входной клемме. Таким образом, напряжение на инвертирующей входной клемме операционного усилителя будет равно нулю.

Узловое уравнение в узле инвертирующего терминала —

$$- I_ {я} + \ гидроразрыва {0-v_0} {R_F} = 0$$

$$- I_ {я} = \ {гидроразрыва v_0} {R_F}$$

$$V_ {0} = - R_ {T} I_ {я}$$

Таким образом, выходное напряжение преобразователя тока в напряжение $V_ {0}$ является (отрицательным) произведением сопротивления обратной связи $R_ {f}$ и входного тока $I_ {t}$. Обратите внимание, что выходное напряжение $V_ {0}$ имеет отрицательный знак , который указывает на наличие разности фаз 180 ⁰ между входным током и выходным напряжением.

Мы можем переписать приведенное выше уравнение как —

$$\ гидроразрыва {v_0} {I_i} = - R_ {е}$$

Вышеупомянутое уравнение представляет отношение выходного напряжения $V_ {0}$ и входного тока $I_ {i}$, и оно равно отрицательному значению сопротивления обратной связи, $R_ {f}$. Соотношение выходного напряжения $V_ {0}$ и входного тока $I_ {i}$ называется Transresistance .

Мы знаем, что соотношение выхода и входа схемы называется усилением . Таким образом, коэффициент усиления преобразователя тока в напряжение является его транс-сопротивлением и равен (отрицательному) сопротивлению обратной связи $R_ {f}$.

Компараторы

Компаратор — это электронная схема, которая сравнивает два входных сигнала, которые к нему применяются, и выдает выходной сигнал. Выходное значение компаратора указывает, какой из входов больше или меньше. Обратите внимание, что компаратор подпадает под нелинейные применения микросхем.

Операционный усилитель состоит из двух входных клемм и, следовательно, компаратор на основе операционного усилителя сравнивает два входных сигнала, которые к нему применяются, и выдает результат сравнения в качестве выходного. В этой главе обсуждаются компараторы на основе операционных усилителей .

Типы компараторов

Компараторы бывают двух типов: инвертирующие и неинвертирующие . В этом разделе подробно обсуждаются эти два типа.

Инвертирующий Компаратор

Инвертирующий компаратор представляет собой компаратор на основе ОУ , для которого опорного напряжение подается на его неинвертирующий терминал и входное напряжение подаются на его инвертирующий терминал. Этот компаратор называется инвертирующим компаратором, потому что входное напряжение, которое нужно сравнить, подается на инвертирующий вывод операционного усилителя.

Принципиальная схема инверторного компаратора показана на следующем рисунке.

Работа инверторного компаратора очень проста. Он производит одно из двух значений, $+ V_ {сел}$ и $-V_ {сел}$ на выходе на основе значений его входных напряжений $V_ {I}$ и опорное напряжение $V_ {исх}$ ,

• Выходное значение инвертирующего компаратора будет $-V_ {сидел}$, для которых входной сигнал $V_ {я}$ напряжение больше, чем опорное напряжение V$V_ {}$ реф.

• Выходное значение инвертирующего компаратора будет $V_ {+ сидел}$, для которых входной сигнал $V_ {я}$ меньше, чем опорное напряжение V$V_ {}$ реф.

Выходное значение инвертирующего компаратора будет $-V_ {сидел}$, для которых входной сигнал $V_ {я}$ напряжение больше, чем опорное напряжение V$V_ {}$ реф.

Выходное значение инвертирующего компаратора будет $V_ {+ сидел}$, для которых входной сигнал $V_ {я}$ меньше, чем опорное напряжение V$V_ {}$ реф.

пример

Обратим форму волны выходного инвертирующего компаратора, когда синусоидальный входной сигнал и опорное напряжение нуля вольт применяются к его инвертирующим и неинвертирующим терминалов соответственно.

Работа инвертирующего компаратора, показанного выше, обсуждается ниже —

• Во время положительного полупериода синусоидального входного сигнала напряжение, присутствующее на инвертирующем выводе операционного усилителя, больше нуля вольт. Следовательно, выходное значение инвертирующего компаратора будет равно $-V_ {sat}$ во время положительного полупериода синусоидального входного сигнала.

• Аналогично, во время отрицательного полупериода синусоидального входного сигнала напряжение, присутствующее на инвертирующей клемме операционного усилителя, меньше нуля вольт. Следовательно, выходное значение инвертирующего компаратора будет равно $+ V_ {sat}$ во время отрицательного полупериода синусоидального входного сигнала.

Во время положительного полупериода синусоидального входного сигнала напряжение, присутствующее на инвертирующем выводе операционного усилителя, больше нуля вольт. Следовательно, выходное значение инвертирующего компаратора будет равно $-V_ {sat}$ во время положительного полупериода синусоидального входного сигнала.

Аналогично, во время отрицательного полупериода синусоидального входного сигнала напряжение, присутствующее на инвертирующей клемме операционного усилителя, меньше нуля вольт. Следовательно, выходное значение инвертирующего компаратора будет равно $+ V_ {sat}$ во время отрицательного полупериода синусоидального входного сигнала.

На приведенном ниже рисунке показаны входные и выходные формы волны инвертирующего компаратора, когда опорное напряжение равно нулю вольт.

На рисунке, показанном выше, мы можем наблюдать, что выходные переходы либо из $-V_ {sat}$ в $+ V_ {sat}$, либо из $+ V_ {sat}$ в $-V_ {sat}$ всякий раз, когда синусоидальный входной сигнал пересекает ноль вольт. Другими словами, выход меняет свое значение, когда вход пересекает ноль вольт. Следовательно, вышеупомянутая схема также называется инвертирующим детектором пересечения нуля.

Неинвертирующий компаратор

Неинвертирующий компаратор представляет собой компаратор на основе ОУ, для которого опорного напряжение подается на его инвертирующий терминал и входное напряжение подается на его неинвертирующий терминал. Этот компаратор на основе операционного усилителя называется неинвертирующим компаратором, поскольку входное напряжение, которое необходимо сравнить, подается на неинвертирующий вывод операционного усилителя.

Принципиальная схема неинвертирующего компаратора показана на следующем рисунке.

Работа неинвертирующего компаратора очень проста. Он производит одно из двух значений, $+ V_ {сел}$ и $-V_ {сел}$ на выходе на основе значений входного напряжения $V_ {T}$ и опорного напряжения $V_ {+}$ реф ,

• Выходное значение неинвертирующего компаратора будет $V_ {+ сидел}$, для которой входного напряжения $V_ {я}$ больше, чем опорное напряжение $+ V_ {исх}$.

• Выходное значение неинвертирующего компаратора пчелы $-V_ {сел}$, для которой входного напряжения $V_ {я}$ меньше, чем опорное напряжение $+ V_ {исх}$.

Выходное значение неинвертирующего компаратора будет $V_ {+ сидел}$, для которой входного напряжения $V_ {я}$ больше, чем опорное напряжение $+ V_ {исх}$.

Выходное значение неинвертирующего компаратора пчелы $-V_ {сел}$, для которой входного напряжения $V_ {я}$ меньше, чем опорное напряжение $+ V_ {исх}$.

пример

Обратим форму выходной волны неинвертирующий компаратора, когда синусоидальный входной сигнал и опорное напряжение нуля вольт применяются к неинвертирующим и инвертирования терминалов на ОУ , соответственно.

Работа неинвертирующего компаратора объяснена ниже —

• Во время положительного полупериода синусоидального входного сигнала напряжение, присутствующее на неинвертирующей клемме операционного усилителя, больше нуля вольт. Следовательно, выходное значение неинвертирующего компаратора будет равно $+ V_ {sat}$ в течение положительного полупериода синусоидального входного сигнала.

• Аналогично, во время отрицательного полупериода синусоидального входного сигнала напряжение, присутствующее на неинвертирующем выводе операционного усилителя, меньше нуля вольт. Следовательно, выходное значение неинвертирующего компаратора будет равно $-V_ {sat}$ во время отрицательного полупериода синусоидального входного сигнала.

Во время положительного полупериода синусоидального входного сигнала напряжение, присутствующее на неинвертирующей клемме операционного усилителя, больше нуля вольт. Следовательно, выходное значение неинвертирующего компаратора будет равно $+ V_ {sat}$ в течение положительного полупериода синусоидального входного сигнала.

Аналогично, во время отрицательного полупериода синусоидального входного сигнала напряжение, присутствующее на неинвертирующем выводе операционного усилителя, меньше нуля вольт. Следовательно, выходное значение неинвертирующего компаратора будет равно $-V_ {sat}$ во время отрицательного полупериода синусоидального входного сигнала.

На приведенном ниже рисунке показаны входные и выходные формы волны неинвертирующий компаратора, когда опорное напряжение равно нулю вольт.

Из рисунка, показанного выше, мы можем заметить, что выходные переходы либо из $+ V_ {sat}$ в $-V_ {sat}$, либо из $-V_ {sat}$ в $+ V_ {sat}$ всякий раз, когда синусоидальный входной сигнал пересекает ноль вольт. Это означает, что выход меняет свое значение, когда вход пересекает ноль вольт. Следовательно, вышеупомянутая схема также называется неинвертирующим детектором пересечения нуля .

Log и Anti Log Усилители

Электронные схемы, которые выполняют математические операции, такие как логарифм и анти-логарифм (экспоненциальный) с усилением, называются логарифмическим усилителем и анти-логарифмическим усилителем соответственно.

В этой главе подробно рассматриваются логарифмический усилитель и антилогарифмический усилитель . Обратите внимание, что эти усилители подпадают под нелинейные применения.

Логарифмический усилитель

Логарифмический усилитель или логарифмический усилитель — это электронная схема, которая выдает выходной сигнал, который пропорционален логарифму приложенного входа. В этом разделе подробно рассматривается логарифмический усилитель на основе операционного усилителя.

Логарифмический усилитель на основе операционного усилителя создает напряжение на выходе, которое пропорционально логарифму напряжения, приложенного к резистору, подключенному к его инвертирующей клемме. Принципиальная схема логарифмического усилителя на основе операционного усилителя показана на следующем рисунке —

В вышеупомянутой схеме неинвертирующий входной терминал операционного усилителя соединен с землей. Это означает, что на неинвертирующий входной вывод операционного усилителя подается нулевое напряжение.

Согласно концепции виртуального короткого замыкания , напряжение на инвертирующей входной клемме операционного усилителя будет равно напряжению на его неинвертирующей входной клемме. Таким образом, напряжение на инвертирующей входной клемме будет равно нулю.

Узловое уравнение в узле инвертирующего входного терминала —

$$\ гидроразрыва {0-V_i} {R_1} + I_ {F} = 0$$

$$=> I_ {f} = \ frac {V_i} {R_1} ...... Уравнение 1$$

Ниже приведено уравнение для тока, протекающего через диод, когда он находится в прямом смещении.

$$I_ {f} = I_ {s} e ^ {(\ frac {V_f} {nV_T})} ...... Уравнение 2$$

где,

$I_ {s}$ — ток насыщения диода,

$V_ {f}$ — падение напряжения на диоде, когда оно находится в прямом смещении,

$V_ {T}$ — тепловое эквивалентное напряжение диода.

Уравнение КВЛ вокруг контура обратной связи операционного усилителя будет —

$$0-V_ {е} -V_ {0} = 0$$

$$=> V_ {F} = - V_ {0}$$

Подставляя значение $V_ {f}$ в уравнение 2, мы получаем —

$$I_ {f} = I_ {s} e ^ {\ left (\ frac {-V_0} {nV_T} \ right)} ...... Уравнение 3$$

Обратите внимание, что левые члены как уравнения 1, так и уравнения 3 одинаковы. Следовательно, приравните правую часть этих двух уравнений, как показано ниже —

$$\ гидроразрыва {V_i} {R_1} = I_ {s} е ^ {\ влево (\ гидроразрыва {-V_0} {nV_T} \ справа)}$$

$$\ frac {V_i} {R_1I_s} = e ^ {\ left (\ frac {-V_0} {nV_T} \ right)}$$

Применяя натуральный логарифм с обеих сторон, получим —

$$In \ left (\ frac {V_i} {R_1I_s} \ right) = \ frac {-V_0} {nV_T}$$

$$V_ {0} = - {nV_T} В \ слева (\ гидроразрыва {V_i} {R_1I_s} \ справа)$$

Обратите внимание, что в приведенном выше уравнении параметры n, ${V_T}$ и $I_ {s}$ являются константами. Таким образом, выходное напряжение $V_ {0}$ будет пропорционально натуральному логарифму входного напряжения $V_ {i}$ для фиксированного значения сопротивления $R_ {1}$.

Следовательно, схема логарифмического усилителя на основе операционного усилителя, описанная выше, будет создавать выходной сигнал, который пропорционален натуральному логарифму входного напряжения ${V_T}$, когда ${R_1I_s} = 1V$.

Обратите внимание, что выходное напряжение $V_ {0}$ имеет отрицательный знак , который указывает на наличие разности фаз 180 ⁰ между входом и выходом.

Анти-логарифмический усилитель

Анти-логарифмический усилитель или анти-логарифмический усилитель — это электронная схема, которая выдает выходной сигнал, пропорциональный анти-логарифму применяемого входа. В этом разделе подробно рассматривается антилогарифмический усилитель на базе операционного усилителя.

Антилогарифмический усилитель на основе операционного усилителя создает напряжение на выходе, которое пропорционально анти-логарифму напряжения, которое подается на диод, подключенный к его инвертирующей клемме.

Принципиальная электрическая схема антилогарифмического усилителя на основе операционного усилителя показана на следующем рисунке —

В схеме, показанной выше, неинвертирующий входной терминал операционного усилителя подключен к земле. Это означает, что на его неинвертирующую входную клемму подается нулевое напряжение.

Согласно концепции виртуального короткого замыкания , напряжение на инвертирующем входном выводе операционного усилителя будет равно напряжению, присутствующему на его неинвертирующем входном выводе. Таким образом, напряжение на инвертирующей входной клемме будет равно нулю.

Узловое уравнение в узле инвертирующего входного терминала —

$$- I_ {е} + \ гидроразрыва {0-v_0} {R_F} = 0$$

$$=> - \ гидроразрыва {v_0} {R_F} = I_ {F}$$

$$=> V_ {0} = - R_ {f} I_ {f} ......... Уравнение 4$$

Мы знаем, что уравнение для тока, протекающего через диод, когда он находится в прямом смещении, имеет вид, приведенный ниже:

$$I_ {f} = I_ {s} e ^ {\ left (\ frac {V_f} {nV_T} \ right)}$$

Подставляя значение $I_ {f}$ в уравнение 4, получим

$$V_ {0} = - R_ {f} \ left \ {{I_ {s} e ^ {\ left (\ frac {V_f} {nV_T} \ right)}} \ right \}$$

$$V_ {0} = - R_ {f} {I_ {s} e ^ {\ left (\ frac {V_f} {nV_T} \ right)}} ...... Уравнение 5$$

Уравнение KVL на входной стороне инвертирующего вывода операционного усилителя будет иметь вид

$$V_ {I} -V_ {F} = 0$$

$$V_ {F} = V_ {я}$$

Подставляя значение ?? в уравнение 5, получим —

$$V_ {0} = - R_ {f} {I_ {s} e ^ {\ left (\ frac {V_i} {nV_T} \ right)}}$$

Обратите внимание, что в приведенном выше уравнении параметры n, ${V_T}$ и $I_ {s}$ являются константами. Таким образом, выходное напряжение ${V_0}$ будет пропорционально антиприродному логарифму (экспоненте) входного напряжения ${V_i}$ для фиксированного значения сопротивления обратной связи ${R_f}$.

Поэтому схема антилогарифмического усилителя на основе операционного усилителя, рассмотренная выше, будет создавать выходной сигнал, который пропорционален анти-натуральному логарифму (экспоненциальному) входного напряжения ${V_i}$ при ${R_fI_s} = 1 В$. Обратите внимание, что выходное напряжение ${V_0}$ имеет отрицательный знак , который указывает на наличие разности фаз 180 ⁰ между входом и выходом.

Выпрямители

AC и DC — два частых термина, с которыми вы сталкиваетесь при изучении потока электрического заряда. Переменный ток (AC) обладает свойством непрерывно изменять свое состояние. Например, если мы рассмотрим синусоидальную волну, ток течет в одном направлении для положительного полупериода и в противоположном направлении для отрицательного полупериода. С другой стороны, постоянный ток (DC) течет только в одном направлении.

Электронная схема, которая вырабатывает либо сигнал постоянного тока, либо пульсирующий сигнал постоянного тока, когда на него подается сигнал переменного тока, называется выпрямителем . В этой главе подробно рассматриваются выпрямители на основе операционных усилителей.

Типы выпрямителей

Выпрямители делятся на два типа: полуволновые выпрямители и двухполупериодные выпрямители . В этом разделе подробно обсуждаются эти два типа.

Полуволновой выпрямитель

Половолновой выпрямитель — это выпрямитель, который вырабатывает положительные полупериоды на выходе для одной половины цикла входа и нулевой выход для другой полупериода входа.

Принципиальная электрическая схема полуволнового выпрямителя показана на следующем рисунке.

Обратите внимание, что принципиальная схема полуволнового выпрямителя, показанная выше, выглядит как инвертирующий усилитель с двумя диодами D ₁ и D ₂ в дополнение.

Работа полуволновой выпрямительной схемы, показанной выше, поясняется ниже.

• Для положительного полупериода синусоидального входа выход операционного усилителя будет отрицательным. Следовательно, диод D ₁ будет смещен в прямом направлении.

• Когда диод D ₁ находится в прямом смещении, выходное напряжение операционного усилителя будет -0,7 В. Таким образом, диод D ₂ будет иметь обратное смещение. Следовательно, выходное напряжение вышеуказанной цепи равно нулю вольт.

• Следовательно, для положительного полупериода синусоидального входа нет (нулевого) выхода полуволнового выпрямителя.

• Для отрицательного полупериода синусоидального входа выход операционного усилителя будет положительным. Следовательно, диоды D ₁ и D ₂ будут иметь обратное и прямое смещение соответственно. Таким образом, выходное напряжение вышеуказанной цепи будет —

Для положительного полупериода синусоидального входа выход операционного усилителя будет отрицательным. Следовательно, диод D ₁ будет смещен в прямом направлении.

Когда диод D ₁ находится в прямом смещении, выходное напряжение операционного усилителя будет -0,7 В. Таким образом, диод D ₂ будет иметь обратное смещение. Следовательно, выходное напряжение вышеуказанной цепи равно нулю вольт.

Следовательно, для положительного полупериода синусоидального входа нет (нулевого) выхода полуволнового выпрямителя.

Для отрицательного полупериода синусоидального входа выход операционного усилителя будет положительным. Следовательно, диоды D ₁ и D ₂ будут иметь обратное и прямое смещение соответственно. Таким образом, выходное напряжение вышеуказанной цепи будет —

$$v_0 = - \ влево (\ гидроразрыва {R_F} {R_1} \ справа) V_1$$

• Следовательно, выходной сигнал полуволнового выпрямителя будет положительным полупериодом для отрицательного полупериода синусоидального входа.

Следовательно, выходной сигнал полуволнового выпрямителя будет положительным полупериодом для отрицательного полупериода синусоидального входа.

Волновые формы

Входные и выходные сигналы полуволнового выпрямителя показаны на следующем рисунке.

Как видно из приведенного выше графика, обсуждаемая нами схема полуволнового выпрямителя даст положительные полупериоды для отрицательных полупериодов синусоидального входа и нулевой выход для положительных полупериодов синусоидального входа

Двухполупериодный выпрямитель

Двухполупериодный выпрямитель производит положительные полупериоды на выходе для обеих полупериодов входа.

Принципиальная электрическая схема двухполупериодного выпрямителя показана на следующем рисунке —

Приведенная выше принципиальная схема состоит из двух операционных усилителей, двух диодов, D ₁ и D ₂ и пяти резисторов, от R ₁ до R ₅ . Работа схемы двухполупериодного выпрямителя, показанной выше, поясняется ниже —

• Для положительного полупериода синусоидального входа выход первого операционного усилителя будет отрицательным. Следовательно, диоды D ₁ и D ₂ будут смещены в прямом и обратном направлении соответственно.

• Тогда выходное напряжение первого операционного усилителя будет —

Для положительного полупериода синусоидального входа выход первого операционного усилителя будет отрицательным. Следовательно, диоды D ₁ и D ₂ будут смещены в прямом и обратном направлении соответственно.

Тогда выходное напряжение первого операционного усилителя будет —

$$V_ {01} = - \ влево (\ гидроразрыва {R_2} {R_1} \ справа) V_i$$

• Обратите внимание, что выход первого операционного усилителя подключен к резистору R ₄ , который подключен к инвертирующей клемме второго операционного усилителя. Напряжение, присутствующее на неинвертирующей клемме второго операционного усилителя, составляет 0 В. Таким образом, второй операционный усилитель с резисторами R ₄ и R ₄ действует как инвертирующий усилитель .

• Выходное напряжение второго операционного усилителя будет

  $$v_0 = - \ влево (\ гидроразрыва {R_5} {R_4} \ справа) V_ {01}$$

  Подставляя значение $V_ {01}$ в вышеприведенное уравнение, получим —

  $$=> V_ {0} = - \ left (\ frac {R_5} {R_4} \ right) \ left \ {- \ left (\ frac {R_2} {R_1} \ right) V_ {i} \ right \ }$$

  $$=> V_ {0} = \ влево (\ гидроразрыва {R_2R_5} {R_1R_4} \ справа) V_ {я}$$

• Следовательно, выход двухполупериодного выпрямителя будет положительным полупериодом для положительного полупериода синусоидального входа. В этом случае коэффициент усиления на выходе составляет $\ frac {R_2R_5} {R_1R_4}$. Если мы рассмотрим $R_ {1} = R_ {2} = R_ {4} = R_ {5} = R$, то коэффициент усиления на выходе будет один.

• Для отрицательного полупериода синусоидального входа выход первого операционного усилителя будет положительным. Следовательно, диоды D ₁ и D ₂ будут иметь обратное и прямое смещение соответственно.

• Выходное напряжение первого операционного усилителя будет —

Обратите внимание, что выход первого операционного усилителя подключен к резистору R ₄ , который подключен к инвертирующей клемме второго операционного усилителя. Напряжение, присутствующее на неинвертирующей клемме второго операционного усилителя, составляет 0 В. Таким образом, второй операционный усилитель с резисторами R ₄ и R ₄ действует как инвертирующий усилитель .

Выходное напряжение второго операционного усилителя будет

$$v_0 = - \ влево (\ гидроразрыва {R_5} {R_4} \ справа) V_ {01}$$

Подставляя значение $V_ {01}$ в вышеприведенное уравнение, получим —

$$=> V_ {0} = - \ left (\ frac {R_5} {R_4} \ right) \ left \ {- \ left (\ frac {R_2} {R_1} \ right) V_ {i} \ right \ }$$

$$=> V_ {0} = \ влево (\ гидроразрыва {R_2R_5} {R_1R_4} \ справа) V_ {я}$$

Следовательно, выход двухполупериодного выпрямителя будет положительным полупериодом для положительного полупериода синусоидального входа. В этом случае коэффициент усиления на выходе составляет $\ frac {R_2R_5} {R_1R_4}$. Если мы рассмотрим $R_ {1} = R_ {2} = R_ {4} = R_ {5} = R$, то коэффициент усиления на выходе будет один.

Для отрицательного полупериода синусоидального входа выход первого операционного усилителя будет положительным. Следовательно, диоды D ₁ и D ₂ будут иметь обратное и прямое смещение соответственно.

Выходное напряжение первого операционного усилителя будет —

$$V_ {01} = - \ влево (\ гидроразрыва {R_3} {R_1} \ справа) V_ {я}$$

• Выход первого операционного усилителя напрямую подключен к неинвертирующему выводу второго операционного усилителя. Теперь второй операционный усилитель с резисторами R ₄ и R ₅ действует как неинвертирующий усилитель .

  Выходное напряжение второго операционного усилителя будет —

  $$V_ {0} = \ влево (1+ \ гидроразрыва {R_5} {R_4} \ справа) V_ {01}$$

  Подставляя значение $V_ {01}$ в вышеприведенное уравнение, получим

  $$=> V_ {0} = \ left (1+ \ frac {R_5} {R_4} \ right) \ left \ {- \ left (\ frac {R_3} {R_1} \ right) V_ {i} \ right \}$$

  $$=> V_ {0} = - \ влево (\ гидроразрыва {R_3} {R_1} \ справа) \ слева (1+ \ гидроразрыва {R_5} {R_4} \ справа) V_ {я}$$

• Следовательно, выходной сигнал двухполупериодного выпрямителя также будет положительным полупериодом для отрицательного полупериода синусоидального входа. В этом случае величина усиления на выходе равна $\ left (\ frac {R_3} {R_1} \ right) \ left (1+ \ frac {R_5} {R_4} \ right)$. Если мы рассмотрим $R_ {1} = 2R_ {3} = R_ {4} = R_ {5} = R$, тогда коэффициент усиления на выходе будет один .

Выход первого операционного усилителя напрямую подключен к неинвертирующему выводу второго операционного усилителя. Теперь второй операционный усилитель с резисторами R ₄ и R ₅ действует как неинвертирующий усилитель .

Выходное напряжение второго операционного усилителя будет —

$$V_ {0} = \ влево (1+ \ гидроразрыва {R_5} {R_4} \ справа) V_ {01}$$

Подставляя значение $V_ {01}$ в вышеприведенное уравнение, получим

$$=> V_ {0} = \ left (1+ \ frac {R_5} {R_4} \ right) \ left \ {- \ left (\ frac {R_3} {R_1} \ right) V_ {i} \ right \}$$

$$=> V_ {0} = - \ влево (\ гидроразрыва {R_3} {R_1} \ справа) \ слева (1+ \ гидроразрыва {R_5} {R_4} \ справа) V_ {я}$$

Следовательно, выходной сигнал двухполупериодного выпрямителя также будет положительным полупериодом для отрицательного полупериода синусоидального входа. В этом случае величина усиления на выходе равна $\ left (\ frac {R_3} {R_1} \ right) \ left (1+ \ frac {R_5} {R_4} \ right)$. Если мы рассмотрим $R_ {1} = 2R_ {3} = R_ {4} = R_ {5} = R$, тогда коэффициент усиления на выходе будет один .

Входные и выходные сигналы двухполупериодного выпрямителя показаны на следующем рисунке.

Как видно на рисунке выше, рассмотренная нами схема двухполупериодного выпрямителя будет давать только положительные полупериоды как для положительных, так и для отрицательных полупериодов синусоидального входа.

ножницы

Волнообразные схемы — это электронные схемы, которые создают желаемую форму на выходе из приложенной формы входного сигнала. Эти схемы выполняют две функции —

• Ослабить приложенную волну
• Измените уровень постоянного тока применяемой волны.

Существует два типа схем формирования волны: ограничители и зажимы . В этой главе вы узнаете подробно о клипсаторах.

Клипперс на основе операционного усилителя

Ограничитель — это электронная схема, которая создает выходной сигнал, удаляя часть входного сигнала выше или ниже контрольного значения. Это означает, что выходные данные ограничителя будут такими же, что и входные данные для другой части, кроме вырезанной части. Из-за этого амплитуда пика к пику на выходе ограничителя будет всегда меньше, чем на входе.

Основным преимуществом ограничителей является то, что они устраняют нежелательный шум, присутствующий в амплитуде сигнала переменного тока.

Машинки для стрижки могут быть классифицированы по следующим двум типам на основе части усечения ввода.

• Позитивный Клипер
• Отрицательный клипер

Они обсуждаются подробно, как указано ниже —

Позитивный Клипер

Положительный ограничитель — это ограничитель, который обрезает только положительные части входного сигнала.

Принципиальная схема положительного ограничителя показана на следующем рисунке —

В показанной выше схеме синусоидальный сигнал напряжения $V_ {t}$ подается на неинвертирующий вывод операционного усилителя. Значение опорного напряжения $V_ {исх}$ может быть выбрано путем изменения резистора $R_ {2}$.

Работа схемы, показанной выше, объяснена ниже —

• Если значение входного напряжения $V_i$ меньше значения эталонного напряжения $V_ {ref}$, то диод D ₁ проводит. Тогда приведенная выше схема ведет себя как повторитель напряжения . Следовательно, выходное напряжение $V_ {0}$ вышеупомянутой схемы будет таким же, как и напряжение входного напряжения $V_ {i}$, для $V_ {i}$ <$V_ {ref}$.

• Если значение входного напряжения $V_ {I}$ больше , чем значение опорного напряжения Vреф$V_ {} реф$, то диод D ₁ будет выключен. Теперь операционный усилитель работает в разомкнутом контуре, поскольку канал обратной связи был открыт. Таким образом, выходное напряжение $V_ {0}$ из приведенной выше схеме будет равна величине опорного напряжения $V_ {исх}$, за $V_ {я}$> $V_ {исх}$.

Если значение входного напряжения $V_i$ меньше значения эталонного напряжения $V_ {ref}$, то диод D ₁ проводит. Тогда приведенная выше схема ведет себя как повторитель напряжения . Следовательно, выходное напряжение $V_ {0}$ вышеупомянутой схемы будет таким же, как и напряжение входного напряжения $V_ {i}$, для $V_ {i}$ <$V_ {ref}$.

Если значение входного напряжения $V_ {I}$ больше , чем значение опорного напряжения Vреф$V_ {} реф$, то диод D ₁ будет выключен. Теперь операционный усилитель работает в разомкнутом контуре, поскольку канал обратной связи был открыт. Таким образом, выходное напряжение $V_ {0}$ из приведенной выше схеме будет равна величине опорного напряжения $V_ {исх}$, за $V_ {я}$> $V_ {исх}$.

Форма ввода волны и соответствующая форма волны выхода положительной машинки для стрижки для положительного опорного напряжения $V_ {исх}$, показаны на следующем рисунке —

Отрицательный клипер

Отрицательный ограничитель — это ограничитель, который обрезает только отрицательные части входного сигнала. Вы можете получить схему отрицательного клипера только путем изменения диода и принимать обратную полярность опорного напряжения в схеме, что вы видели на положительный клипер.

Принципиальная схема отрицательного ограничителя показана на следующем рисунке —

В вышеупомянутой схеме синусоидальный сигнал напряжения $V_ {i}$ подается на неинвертирующий вывод операционного усилителя. Значение опорного напряжения $V_ {исх}$ может быть выбрано путем изменения резистора $R_ {2}$.

Работа отрицательной цепи ограничителя объясняется ниже —

Если значение входного напряжения $V_ {T}$ больше , чем значение опорного напряжения Vисх$V_ {} исх$, то диод D ₁ себя ведет. Тогда вышеуказанная схема ведет себя как повторитель напряжения . Следовательно, выходное напряжение $V_ {0}$ вышеупомянутой схемы будет таким же, как и у входного напряжения $V_ {i}$ для $V_ {i}$> $V_ {ref}$ .

Если значение входного напряжения $V_ {I}$ меньше , чем значение опорного напряжения, то диод D ₁ будет выключен. Теперь операционный усилитель работает в разомкнутом контуре, поскольку канал обратной связи открыт. Таким образом, выходное напряжение $V_ {0}$ из приведенной выше схеме будет равна величине опорного напряжения, $V_ {исх}$ за $V_ {я}$ <$V_ {исх}$.

Форма ввода волны и соответствующая форма волны выхода отрицательной машинки для стрижки, для отрицательного опорного напряжения $V_ {исх}$, показаны на следующем рисунке —

фиксаторы

В предыдущей главе мы говорили о клипере. Теперь давайте поговорим о других типах схем формирования волны, а именно о зажимах.

Зажимы на основе операционного усилителя

Зажим — это электронная схема, которая создает выходной сигнал, который похож на входной сигнал, но со сдвигом уровня постоянного тока. Другими словами, вывод фиксатора является точной копией ввода. Следовательно, амплитуда пика к пику выхода ограничителя всегда будет равна амплитуде входа.

Зажимы используются для ввода или восстановления уровня постоянного тока входного сигнала на выходе. Существует два типа фиксаторов на основе операционного усилителя, основанных на смещении постоянного тока на входе.

• Положительный зажим
• Отрицательный Зажим

В этом разделе подробно обсуждаются эти два типа фиксаторов.

Положительный зажим

Положительный ограничитель — это схема ограничителя, которая создает выходной сигнал таким образом, что входной сигнал сдвигается вертикально на положительное значение постоянного тока.

Принципиальная схема положительного фиксатора показана на следующем рисунке —

В вышеупомянутой схеме синусоидальный сигнал напряжения $V_ {i}$ подается на инвертирующий вывод операционного усилителя через сеть, которая состоит из конденсатора $C_ {1}$ и резистора $R_ {1}$. Это означает, что сигнал переменного напряжения подается на инвертирующий вывод операционного усилителя.

Постоянное опорное напряжение $V_ {исх}$ применяются к неинвертирующему терминалу ОУ. Значение опорного напряжения $V_ {исх}$ могут быть выбраны путем изменения резистора $R_ {2}$. В этом случае мы получим опорное напряжение $V_ {исх}$ положительного значения.

Выше схема вырабатывает выходной сигнал, который представляет собой комбинацию (полученную сумму) синусоидального сигнала напряжения $V_ {I}$ и опорное напряжение V$V_ {}$ реф. Это означает, что схема фиксатор вырабатывает выходной сигнал таким образом, что синусоидальный сигнал напряжения $V_ {я}$ сдвигается вертикально вверх на величину опорного напряжения V$V_ {}$ реф.

Форма входной волны и соответствующая форма выходной волны положительного ограничителя показаны на рисунке выше —

Из приведенного выше рисунка видно, что положительный фиксатор смещает приложенную форму входного сигнала вертикально вверх на выходе. Величина сдвига будет зависеть от величины опорного напряжения постоянного тока.

Отрицательный Зажим

Отрицательный ограничитель — это схема ограничителя, которая создает выходной сигнал таким образом, что входной сигнал сдвигается вертикально на отрицательное значение постоянного тока.

Принципиальная схема отрицательного фиксатора показана на следующем рисунке —

В вышеупомянутой схеме синусоидальный сигнал напряжения $V_ {i}$ подается на инвертирующий вывод операционного усилителя через сеть, которая состоит из конденсатора C ₁ и резистора $R_ {1}$. Это означает, что сигнал переменного напряжения подается на инвертирующий вывод операционного усилителя.

Постоянный опорное напряжение $V_ {исх}$ применяются к неинвертирующему терминалу значения оп-amp.The от опорного напряжения $V_ {исх}$ может быть выбрано путем изменения резистора $R_ {2}$. В этом случае мы получим опорное напряжение $V_ {исх}$ отрицательного значения.

Выше схема вырабатывает выходной сигнал, который является комбинацией (результирующая сумма) синусоидальный сигнал напряжения $V_ {я}$ и опорное напряжение V$V_ {}$ реф. Это означает, что схема фиксатор вырабатывает выходной сигнал таким образом, что синусоидальный сигнал напряжения $V_ {я}$ сдвигается вертикально вниз на величину опорного напряжения V$V_ {}$ реф.

Форма входной волны и соответствующая форма выходной волны отрицательного ограничителя показаны на следующем рисунке —

Из выходных данных мы можем наблюдать, что отрицательный ограничитель смещает приложенную форму входного сигнала вертикально вниз на выходе. Сумма сдвига будет зависеть от величины опорного напряжения постоянного тока.

Активные фильтры

Фильтры — это электронные схемы, которые допускают определенные частотные компоненты и / или отклоняют некоторые другие. Возможно, вы столкнулись с фильтрами в учебнике по теории сетей. Они являются пассивными и представляют собой электрические цепи или сети, которые состоят из пассивных элементов, таких как резистор, конденсатор и (или) индуктор.

В этой главе подробно рассматриваются активные фильтры .

Типы активных фильтров

Активные фильтры — это электронные схемы, которые состоят из активного элемента, такого как операционный усилитель (и), наряду с пассивными элементами, такими как резистор (ы) и конденсатор (ы).

Активные фильтры в основном подразделяются на следующие четыре типа на основе полосы частот, которые они разрешают и / или отклоняют —

• Активный фильтр нижних частот
• Активный фильтр высоких частот
• Активный полосовой фильтр
• Активный полосовой стоп-фильтр

Активный фильтр нижних частот

Если активный фильтр допускает (пропускает) только низкочастотные компоненты и отклоняет (блокирует) все другие высокочастотные компоненты, то он называется активным фильтром нижних частот .

Принципиальная схема активного фильтра нижних частот показана на следующем рисунке —

Мы знаем, что электрическая сеть, которая подключена к неинвертирующему выводу операционного усилителя, является пассивным фильтром нижних частот . Таким образом, вход неинвертирующего терминала операционного усилителя является выходом пассивного фильтра нижних частот.

Обратите внимание, что вышеуказанная схема напоминает неинвертирующий усилитель . Он имеет выход пассивного фильтра нижних частот в качестве входа на неинвертирующий вывод операционного усилителя. Следовательно, он производит вывод, который в $\ left (1+ \ frac {R_f} {R_1} \ right)$ умножен на вход, присутствующий на неинвертирующей клемме.

Мы можем выбрать значения $R_ {f}$ и $R_ {1}$, чтобы получить желаемое усиление на выходе. Предположим, если мы рассмотрим значения сопротивления $R_ {f}$ и $R_ {1}$ как ноль и бесконечность, то вышеупомянутая схема выдаст выходной сигнал фильтра нижних частот с единичным усилением .

Активный фильтр высоких частот

Если активный фильтр разрешает (пропускает) только высокочастотные компоненты и отклоняет (блокирует) все остальные низкочастотные компоненты, то он называется активным высокочастотным фильтром .

Принципиальная схема активного фильтра верхних частот показана на следующем рисунке —

Мы знаем, что электрическая сеть, которая подключена к неинвертирующему выводу операционного усилителя, является пассивным фильтром верхних частот . Таким образом, вход неинвертирующего терминала операционного усилителя является выходом пассивного фильтра верхних частот.

Теперь вышеприведенная схема напоминает неинвертирующий усилитель . Он имеет выход пассивного фильтра верхних частот в качестве входа на неинвертирующий вывод операционного усилителя. Следовательно, он производит вывод, который в $\ left (1+ \ frac {R_f} {R_1} \ right)$ умножен на вход, представленный на его неинвертирующей клемме.

Мы можем выбрать значения $R_f$ и $R_1$ соответствующим образом, чтобы получить желаемое усиление на выходе. Предположим, если мы рассмотрим значения сопротивления $R_ {f}$ и $R_ {1}$ как ноль и бесконечность, то вышеупомянутая схема выдаст выходной сигнал фильтра верхних частот с единичным усилением .

Активный полосовой фильтр

Если активный фильтр допускает (пропускает) только одну полосу частот, то он называется активным полосовым фильтром . В общем, эта полоса частот лежит между диапазоном низких частот и диапазоном высоких частот. Таким образом, активный полосовой фильтр отклоняет (блокирует) как низкочастотные, так и высокочастотные компоненты.

Принципиальная схема активного полосового фильтра показана на следующем рисунке.

Обратите внимание, что на принципиальной схеме активного полосового фильтра есть две части : первая часть — активный фильтр верхних частот, а вторая часть — активный фильтр нижних частот.

Выходной сигнал активного фильтра верхних частот применяется как входной сигнал активного фильтра нижних частот. Это означает, что как активный фильтр верхних частот, так и активный фильтр нижних частот каскадируются , чтобы получить выходные данные таким образом, чтобы он содержал только конкретный диапазон частот.

Активный фильтр верхних частот , который присутствует на первом этапе, допускает частоты, которые превышают нижнюю частоту среза активного полосового фильтра. Таким образом, мы должны выбрать значения $R_ {B}$ и $C_ {B}$ соответственно, чтобы получить желаемую более низкую частоту среза активного полосового фильтра.

Точно так же активный фильтр нижних частот , который присутствует на втором этапе, допускает частоты, которые меньше, чем более высокая частота среза активного полосового фильтра. Таким образом, мы должны выбрать значения $R_ {A}$ и $C_ {A}$ соответственно, чтобы получить желаемую более высокую частоту среза активного полосового фильтра.

Следовательно, схема на схеме, рассмотренной выше, будет выдавать активный полосовой фильтр на выходе.

Активный полосовой стоп-фильтр

Если активный фильтр отклоняет (блокирует) определенную полосу частот, то он называется активным полосовым фильтром . В общем, эта полоса частот лежит между диапазоном низких частот и диапазоном высоких частот. Таким образом, фильтр запрета активной полосы позволяет (пропускает) как низкочастотные, так и высокочастотные компоненты

Блок-схема активного фильтра остановки полосы показана на следующем рисунке —

Заметьте, что блок-схема активного полосового фильтра на первом этапе состоит из двух блоков: активного фильтра нижних частот и активного фильтра верхних частот. Выходы этих двух блоков применяются в качестве входов для блока, который присутствует на втором этапе. Таким образом, суммирующий усилитель создает выход, который является усиленной версией суммы выходов активного фильтра нижних частот и активного фильтра верхних частот.

Следовательно, выходные данные вышеуказанной блок-схемы будут выходными сигналами остановки активной полосы , когда мы выбираем частоту среза фильтра низких частот меньше частоты среза фильтра высоких частот.

Принципиальная электрическая схема фильтра запрета активной полосы показана на следующем рисунке —

Мы уже видели принципиальные схемы активного фильтра нижних частот, активного фильтра верхних частот и суммирующего усилителя. Заметьте, что мы получили приведенную выше принципиальную схему фильтра запрета активной полосы, заменив блоки соответствующими схемами в блок-схеме фильтра остановки активной полосы.

Синусоидальные осцилляторы

Генератор — это электронная схема, которая генерирует периодический сигнал. Если генератор генерирует синусоидальные колебания, он называется синусоидальным генератором . Он преобразует входную энергию от источника постоянного тока в выходную энергию переменного тока периодического сигнала. Этот периодический сигнал будет иметь определенную частоту и амплитуду.

Блок-схема синусоидального генератора показана на следующем рисунке —

Приведенный выше рисунок в основном состоит из двух блоков : усилителя и сети обратной связи. Сеть обратной связи принимает часть выходного сигнала усилителя в качестве входного сигнала и выдает сигнал напряжения. Этот сигнал напряжения подается на вход усилителя.

Блок-схема синусоидального генератора, показанная выше, производит синусоидальные колебания, когда выполняются следующие два условия :

• Коэффициент усиления контура $A_ {v} \ beta$ приведенной выше блок-схемы синусоидального генератора должен быть больше или равен единице . Здесь $A_ {v}$ и $\ beta$ — усиление усилителя и усиление сети обратной связи соответственно.

• Общий сдвиг фазы вокруг контура вышеуказанной блок-схемы синусоидального генератора должен быть либо 0 ^0, либо 360 ⁰ .

Коэффициент усиления контура $A_ {v} \ beta$ приведенной выше блок-схемы синусоидального генератора должен быть больше или равен единице . Здесь $A_ {v}$ и $\ beta$ — усиление усилителя и усиление сети обратной связи соответственно.

Общий сдвиг фазы вокруг контура вышеуказанной блок-схемы синусоидального генератора должен быть либо 0 ^0, либо 360 ⁰ .

Вышеупомянутые два условия вместе называются критериями Баркгаузена .

Генераторы на основе операционных усилителей

Существует два типа генераторов на основе операционных усилителей.

• RC фазовый генератор
• Wien мостовой генератор

В этом разделе подробно обсуждается каждый из них.

RC Phase Shift Oscillator

Генератор на основе операционного усилителя, который генерирует синусоидальный сигнал напряжения на выходе с помощью инвертирующего усилителя и сети обратной связи, известен как RC-генератор с фазовым сдвигом . Эта сеть обратной связи состоит из трех каскадных RC-секций.

Принципиальная схема RC-генератора с фазовым сдвигом показана на следующем рисунке —

В вышеупомянутой схеме операционный усилитель работает в инвертирующем режиме . Следовательно, он обеспечивает фазовый сдвиг 180 ⁰ . Сеть обратной связи, присутствующая в вышеупомянутой схеме, также обеспечивает сдвиг фазы 180 ⁰ , поскольку каждая секция RC обеспечивает сдвиг фазы 60 ⁰ . Следовательно, вышеупомянутая схема обеспечивает полный сдвиг фазы 360 ⁰ на некоторой частоте.

• Выходная частота генератора фазового сдвига RC —

Выходная частота генератора фазового сдвига RC —

$$f = \ frac {1} {2 \ Pi RC \ sqrt [] {6}}$$

• Усиление $A_ {v}$ инвертирующего усилителя должно быть больше или равно -29,

Усиление $A_ {v}$ инвертирующего усилителя должно быть больше или равно -29,

$$т - \ гидроразрыва {R_F} {R_1} \ GEQ-29$$

$$=&amp;gt; \ гидроразрыва {R_F} {R_1} \ GEQ-29$$

$$=&amp;gt; R_ {е} \ geq29R_ {1}$$

Таким образом, мы должны рассмотреть значение резистора обратной связи $R_ {f}$ как минимум в 29 раз больше значения резистора $R_ {1}$, чтобы генерировать устойчивые колебания на выходе RC-генератора с фазовым сдвигом.

Осциллятор моста Вены

Генератор на основе операционного усилителя, который генерирует синусоидальный сигнал напряжения на выходе с помощью неинвертирующего усилителя и сети обратной связи, известен как мостовой генератор Вина .

Принципиальная схема мостового генератора Вина показана на следующем рисунке —

В схеме, показанной выше для генератора моста Вейна, операционный усилитель работает в неинвертирующем режиме . Следовательно, он обеспечивает сдвиг фазы в 00. Таким образом, сеть обратной связи, присутствующая в вышеупомянутой схеме, не должна обеспечивать какого-либо сдвига фазы.

Если сеть обратной связи обеспечивает некоторый фазовый сдвиг, то мы должны сбалансировать мост таким образом, чтобы не было никакого фазового сдвига. Таким образом, вышеуказанная схема обеспечивает полный сдвиг фазы 0 ⁰ на некоторой частоте.

• Выходная частота мостового генератора Вина составляет

Выходная частота мостового генератора Вина составляет

$$f = \ frac {1} {2 \ Pi RC}$$

• Усиление $A_ {v}$ неинвертирующего усилителя должно быть больше или равно 3

Усиление $A_ {v}$ неинвертирующего усилителя должно быть больше или равно 3

$$т.е. 1 + \ гидроразрыва {R_F} {R_1} \ geq3$$

$$=&amp;gt; \ гидроразрыва {R_F} {R_1} \ geq2$$

$$=&amp;gt; R_ {е} \ geq2R_ {1}$$

Таким образом, мы должны рассмотреть значение резистора обратной связи $R_ {f}$ как минимум вдвое больше значения резистора, $R_ {1}$, чтобы генерировать устойчивые колебания на выходе мостового генератора Вина.

Генераторы сигналов

Генератор сигналов — это электронная схема, которая генерирует стандартную волну. Существует два типа генераторов сигналов на основе операционных усилителей —

• Генератор прямоугольных импульсов
• Генератор треугольных волн

В этой главе подробно рассматривается каждый из этих генераторов сигналов на основе операционного усилителя.

Генератор прямоугольной волны

Генератор прямоугольной волны — это электронная схема, которая генерирует прямоугольную волну. В этом разделе обсуждаются генераторы прямоугольных сигналов на основе операционных усилителей.

Принципиальная схема генератора прямоугольных сигналов на основе операционного усилителя показана на следующем рисунке.

Обратите внимание, что на схеме, показанной выше, резистор $R_ {1}$ подключен между инвертирующей входной клеммой операционного усилителя и его выходом операционного усилителя. Итак, резистор $R_ {1}$ используется в отрицательной обратной связи . Аналогично, резистор $R_ {2}$ подключен между неинвертирующей входной клеммой операционного усилителя и его выходом. Итак, резистор $R_ {2}$ используется на пути положительной обратной связи .

Конденсатор С подключен между инвертирующей входной клеммой операционного усилителя и массой. Таким образом, напряжение на конденсаторе C будет входным напряжением на этом инвертирующем выводе операционного усилителя. Аналогично, резистор $R_ {3}$ подключен между неинвертирующей входной клеммой операционного усилителя и массой. Таким образом, напряжение на резисторе $R_ {3}$ будет входным напряжением на этом неинвертирующем выводе операционного усилителя.

Работа генератора прямоугольных импульсов объясняется ниже —

• Предположим, что в конденсаторе изначально нет заряда . Тогда напряжение, присутствующее на инвертирующей клемме операционного усилителя, равно нулю. Но на неинвертирующем выводе операционного усилителя имеется некоторое напряжение смещения. Из-за этого значение, представленное на выходе вышеупомянутой схемы, будет $+ V_ {sat}$.

• Теперь конденсатор C начинает заряжаться через резистор $R_ {1}$. Значение, присутствующее на выходе вышеуказанной схемы, изменится на $-V_ {sat}$, когда напряжение на конденсаторе C станет чуть больше, чем напряжение (положительное значение) на резисторе $R_ {3}$.

• Конденсатор C начинает разряжаться через резистор $R_ {1}$, когда выходной сигнал вышеупомянутой цепи равен $-V_ {sat}$. Значение, присутствующее на выходе вышеуказанной схемы, изменится на $+ V_ {sat}$, когда напряжение на конденсаторе C достигает чуть меньше (более отрицательного) напряжения (отрицательного значения) на резисторе $R_ {3}$.

Предположим, что в конденсаторе изначально нет заряда . Тогда напряжение, присутствующее на инвертирующей клемме операционного усилителя, равно нулю. Но на неинвертирующем выводе операционного усилителя имеется некоторое напряжение смещения. Из-за этого значение, представленное на выходе вышеупомянутой схемы, будет $+ V_ {sat}$.

Теперь конденсатор C начинает заряжаться через резистор $R_ {1}$. Значение, присутствующее на выходе вышеуказанной схемы, изменится на $-V_ {sat}$, когда напряжение на конденсаторе C станет чуть больше, чем напряжение (положительное значение) на резисторе $R_ {3}$.

Конденсатор C начинает разряжаться через резистор $R_ {1}$, когда выходной сигнал вышеупомянутой цепи равен $-V_ {sat}$. Значение, присутствующее на выходе вышеуказанной схемы, изменится на $+ V_ {sat}$, когда напряжение на конденсаторе C достигает чуть меньше (более отрицательного) напряжения (отрицательного значения) на резисторе $R_ {3}$.

Таким образом, схема, показанная на приведенной выше диаграмме, будет создавать прямоугольную волну на выходе, как показано на следующем рисунке —

Из рисунка выше видно, что выходной сигнал генератора прямоугольных импульсов будет иметь одно из двух значений: $+ V_ {sat}$ и $-V_ {sat}$. Таким образом, выходные данные остаются в одном значении в течение некоторой продолжительности, а затем переходят в другое значение и остаются там в течение некоторой продолжительности. Таким образом, это продолжается.

Генератор треугольных волн

Генератор треугольной волны — это электронная схема, которая генерирует треугольную волну. Блок-схема генератора треугольной волны показана на следующем рисунке —

Блок-схема генератора треугольной волны содержит в основном два блока: генератор прямоугольной волны и интегратор. Эти два блока расположены каскадно . Это означает, что выход генератора прямоугольных импульсов используется как вход интегратора. Обратите внимание, что интеграция прямоугольной волны — не что иное, как треугольная волна.

Принципиальная схема генератора треугольной волны на основе операционного усилителя показана на следующем рисунке —

Мы уже видели принципиальные схемы генератора прямоугольных импульсов и интегратора. Заметьте, что мы получили вышеуказанную принципиальную схему генератора треугольной волны на основе операционного усилителя, заменив блоки соответствующими схемами в блок-схеме генератора треугольной волны.

Таймер 555

Микросхема 555 Timer получила свое название от трех резисторов $5K \ Omega$, которые используются в ее сети делителя напряжения. Эта микросхема полезна для генерации точных временных задержек и колебаний. В этой главе подробно рассказывается о таймере 555.

Пин-схема и функциональная схема

В этом разделе сначала давайте обсудим схему выводов 555 таймера IC, а затем ее функциональную схему.

Пин Диаграмма

ИС таймера 555 представляет собой 8-контактный мини-разъем типа Dual-Inline (DIP). Схема контактов микросхемы таймера 555 показана на следующем рисунке.

Значение каждого вывода самоочевидно из вышеприведенной диаграммы. Эта 555 таймер IC может работать с источником постоянного тока от + 5В до + 18В. Это в основном полезно для генерации несинусоидальных волновых форм, таких как квадрат, рампа, импульс и т. Д.

Функциональная схема

Графическое представление, показывающее внутренние детали таймера 555, называется функциональной схемой.

Функциональная схема 555 таймера IC показана на следующем рисунке —

Обратите внимание, что функциональная схема таймера 555 содержит сеть делителя напряжения, два компаратора, один триггер SR, два транзистора и инвертор. В этом разделе подробно рассматривается назначение каждого блока или компонента —

Сеть делителя напряжения

• Сеть делителей напряжения состоит из трех резисторов $5K \ Omega$, которые соединены последовательно между напряжением питания $V_ {cc}$ и землей.

• Эта сеть обеспечивает напряжение $\ frac {V_ {cc}} {3}$ между точкой и землей, если существует только один резистор $5K \ Omega$. Точно так же он обеспечивает напряжение $\ frac {2V_ {cc}} {3}$ между точкой и землей, если существует только два резистора $5K \ Omega$.

Сеть делителей напряжения состоит из трех резисторов $5K \ Omega$, которые соединены последовательно между напряжением питания $V_ {cc}$ и землей.

Эта сеть обеспечивает напряжение $\ frac {V_ {cc}} {3}$ между точкой и землей, если существует только один резистор $5K \ Omega$. Точно так же он обеспечивает напряжение $\ frac {2V_ {cc}} {3}$ между точкой и землей, если существует только два резистора $5K \ Omega$.

компаратор

• Функциональная схема 555 таймера ИС состоит из двух компараторов: верхнего компаратора (UC) и нижнего компаратора (LC).

• Напомним, что компаратор сравнивает два входных сигнала, которые применяются к нему, и создает выходной сигнал.

• Если напряжение, присутствующее на неинвертирующей клемме операционного усилителя, больше, чем напряжение на его инвертирующей клемме, то выход компаратора будет равен $+ V_ {sat}$. Это можно рассматривать как высокий логический уровень (‘1’) в цифровом представлении.

• Если напряжение, присутствующее на неинвертирующей клемме операционного усилителя, меньше или равно напряжению на его инвертирующей клемме, то выход компаратора будет равен $-V_ {sat}$. Это можно рассматривать как низкий уровень логики (‘0’) в цифровом представлении.

Функциональная схема 555 таймера ИС состоит из двух компараторов: верхнего компаратора (UC) и нижнего компаратора (LC).

Напомним, что компаратор сравнивает два входных сигнала, которые применяются к нему, и создает выходной сигнал.

Если напряжение, присутствующее на неинвертирующей клемме операционного усилителя, больше, чем напряжение на его инвертирующей клемме, то выход компаратора будет равен $+ V_ {sat}$. Это можно рассматривать как высокий логический уровень (‘1’) в цифровом представлении.

Если напряжение, присутствующее на неинвертирующей клемме операционного усилителя, меньше или равно напряжению на его инвертирующей клемме, то выход компаратора будет равен $-V_ {sat}$. Это можно рассматривать как низкий уровень логики (‘0’) в цифровом представлении.

SR Flip-Flop

• Напомним, что триггер SR работает либо с положительными тактовыми переходами, либо с отрицательными тактовыми переходами. Он имеет два входа: S и R и два выхода: Q (t) и Q (t) ‘. Выходы Q (t) и Q (t) ‘дополняют друг друга.

• В следующей таблице показана таблица состояний SR-триггера

Напомним, что триггер SR работает либо с положительными тактовыми переходами, либо с отрицательными тактовыми переходами. Он имеет два входа: S и R и два выхода: Q (t) и Q (t) ‘. Выходы Q (t) и Q (t) ‘дополняют друг друга.

В следующей таблице показана таблица состояний SR-триггера

S	р	Q (T + 1)
0	0	Q (T)
0	1	0
1	0	1
1	1	—

• Здесь Q (t) и Q (t + 1) представляют собой текущее состояние и следующее состояние соответственно. Таким образом, триггер SR можно использовать для одной из этих трех функций, таких как удержание, сброс и установка, в зависимости от условий входа, когда применяется положительный (отрицательный) переход тактового сигнала.

• Выходы нижнего компаратора (LC) и верхнего компаратора (UC) применяются как входы триггера SR, как показано на функциональной схеме 555 таймера IC.

Здесь Q (t) и Q (t + 1) представляют собой текущее состояние и следующее состояние соответственно. Таким образом, триггер SR можно использовать для одной из этих трех функций, таких как удержание, сброс и установка, в зависимости от условий входа, когда применяется положительный (отрицательный) переход тактового сигнала.

Выходы нижнего компаратора (LC) и верхнего компаратора (UC) применяются как входы триггера SR, как показано на функциональной схеме 555 таймера IC.

Транзисторы и инверторы

• Функциональная схема 555 таймера ИС состоит из одного npn-транзистора $Q_ {1}$ и одного pnp-транзистора $Q_ {2}$. Транзистор npn $Q_ {1}$ будет включен, если его база к напряжению эмиттера положительна и больше, чем напряжение включения. В противном случае он будет выключен.

• Транзистор pnp $Q_ {2}$ используется в качестве буфера , чтобы изолировать вход сброса от триггера SR и транзистора npn $Q_ {1}$.

• Инвертор, используемый на функциональной схеме ИС таймера 555, не только выполняет инвертирующее действие, но также усиливает уровень мощности.

Функциональная схема 555 таймера ИС состоит из одного npn-транзистора $Q_ {1}$ и одного pnp-транзистора $Q_ {2}$. Транзистор npn $Q_ {1}$ будет включен, если его база к напряжению эмиттера положительна и больше, чем напряжение включения. В противном случае он будет выключен.

Транзистор pnp $Q_ {2}$ используется в качестве буфера , чтобы изолировать вход сброса от триггера SR и транзистора npn $Q_ {1}$.

Инвертор, используемый на функциональной схеме ИС таймера 555, не только выполняет инвертирующее действие, но также усиливает уровень мощности.

ИС таймера 555 можно использовать в моностабильном режиме для генерации импульса на выходе. Точно так же это может использоваться в нестабильной операции, чтобы произвести прямоугольную волну на выходе.

Фазовая схема

Фазовая петля (ФАПЧ) является одним из жизненно важных блоков в линейных системах. Это полезно в системах связи, таких как радары, спутники, FM и т. Д.

В этой главе подробно рассматривается блок-схема PLL и IC 565.

Блок-схема ФАПЧ

Фазовая петля (ФАПЧ) в основном состоит из следующих трех блоков:

• Фазовый детектор
• Активный фильтр нижних частот
• Генератор, управляемый напряжением (ГУН)

Блок-схема ФАПЧ показана на следующем рисунке —

Выход фазового детектора применяется в качестве входа активного фильтра нижних частот. Точно так же выход активного фильтра нижних частот применяется в качестве входа VCO.

Работа ФАПЧ заключается в следующем:

• Фазовый детектор вырабатывает постоянное напряжение, которое пропорционально разности фаз между входным сигналом с частотой $f_ {in}$ и сигналом обратной связи (выходным) с частотой $f_ {out}$.

• Фазовый детектор является множителем и на его выходе выдает две частотные составляющие — сумму частот $f_ {in}$ и $f_ {out}$ и разность частот $f_ {in}$ & $f_ {out}$ ,

• Активный фильтр нижних частот вырабатывает постоянное напряжение на своем выходе после устранения высокочастотной составляющей, присутствующей на выходе фазового детектора. Это также усиливает сигнал.

• ГУН генерирует сигнал с определенной частотой, когда на него не подается вход. Эту частоту можно сдвинуть в любую сторону, приложив к ней постоянное напряжение. Поэтому отклонение частоты прямо пропорционально постоянному напряжению, присутствующему на выходе фильтра нижних частот.

Фазовый детектор вырабатывает постоянное напряжение, которое пропорционально разности фаз между входным сигналом с частотой $f_ {in}$ и сигналом обратной связи (выходным) с частотой $f_ {out}$.

Фазовый детектор является множителем и на его выходе выдает две частотные составляющие — сумму частот $f_ {in}$ и $f_ {out}$ и разность частот $f_ {in}$ & $f_ {out}$ ,

Активный фильтр нижних частот вырабатывает постоянное напряжение на своем выходе после устранения высокочастотной составляющей, присутствующей на выходе фазового детектора. Это также усиливает сигнал.

ГУН генерирует сигнал с определенной частотой, когда на него не подается вход. Эту частоту можно сдвинуть в любую сторону, приложив к ней постоянное напряжение. Поэтому отклонение частоты прямо пропорционально постоянному напряжению, присутствующему на выходе фильтра нижних частот.

Вышеуказанные операции выполняются до тех пор, пока частота VCO не станет равной частоте входного сигнала. В зависимости от типа приложения мы можем использовать либо выход активного фильтра низких частот, либо выход VCO. ФАПЧ используются во многих приложениях, таких как FM-демодулятор, тактовый генератор и т. Д.

PLL работает в одном из следующих трех режимов —

• Режим свободного бега
• Режим захвата
• Режим блокировки

Первоначально PLL работает в режиме автономной работы, когда к нему не применен ввод. Когда входной сигнал, имеющий некоторую частоту, подается на PLL, тогда частота выходного сигнала VCO начнет изменяться. На этом этапе говорят, что ФАПЧ работает в режиме захвата . Частота выходного сигнала VCO будет непрерывно изменяться, пока она не станет равной частоте входного сигнала. Теперь говорят, что PLL работает в режиме блокировки .

IC 565

IC 565 является наиболее часто используемой ИС с фазовой автоподстройкой частоты. Это 14-контактный разъем Dual-Inline (DIP). Схема выводов IC 565 показана на следующем рисунке —

Назначение каждого вывода очевидно из приведенной выше схемы. Из 14 контактов только 10 контактов (контакты с 1 по 10) используются для работы ФАПЧ. Итак, оставшиеся 4 контакта (контакты с 11 по 14) помечены как NC (нет соединения).

ГУН выдает выходной сигнал на выводе 4 микросхемы 565, когда выводы 2 и 3 заземлены. Математически мы можем записать выходную частоту $f_ {out}$ VCO как.

Fиз= гидроразрыва0.25RVCV $$F_ {} из = \ {гидроразрыва 0.25} {R_VC_V}$$

где,

$R_ {V}$ — это внешний резистор, который подключен к выводу № 8

$C_ {V}$ — это внешний конденсатор, который подключен к выводу № 9

• Выбрав правильные значения $R_ {V}$ и $C_ {V}$, мы можем зафиксировать (определить) выходную частоту, $f_ {out}$ VCO.

• Выводы с номерами 4 и 5 должны быть закорочены внешним проводом, чтобы выход VCO можно было использовать как один из входов фазового детектора.

• IC 565 имеет внутреннее сопротивление $3,6K \ Omega$. Конденсатор С должен быть подключен между выводами 7 и 10, чтобы создать фильтр низких частот с этим внутренним сопротивлением.

Выбрав правильные значения $R_ {V}$ и $C_ {V}$, мы можем зафиксировать (определить) выходную частоту, $f_ {out}$ VCO.

Выводы с номерами 4 и 5 должны быть закорочены внешним проводом, чтобы выход VCO можно было использовать как один из входов фазового детектора.

IC 565 имеет внутреннее сопротивление $3,6K \ Omega$. Конденсатор С должен быть подключен между выводами 7 и 10, чтобы создать фильтр низких частот с этим внутренним сопротивлением.

Обратите внимание, что согласно требованию мы должны правильно настроить выводы IC 565.

Регуляторы напряжения

Функция регулятора напряжения заключается в поддержании постоянного напряжения постоянного тока на выходе независимо от колебаний напряжения на входе и (или) изменений тока нагрузки. Другими словами, регулятор напряжения производит регулируемое выходное напряжение постоянного тока.

Регуляторы напряжения также доступны в интегральных схемах (IC). Они называются ИС регулятора напряжения .

Типы регуляторов напряжения

Существует два типа регуляторов напряжения —

• Фиксированный регулятор напряжения
• Регулируемый регулятор напряжения

В этой главе рассматриваются эти два типа регуляторов напряжения один за другим.

Фиксированный регулятор напряжения

Регулятор с фиксированным напряжением вырабатывает фиксированное выходное напряжение постоянного тока, которое может быть как положительным, так и отрицательным. Другими словами, некоторые стабилизаторы постоянного напряжения вырабатывают положительные фиксированные значения напряжения постоянного тока, в то время как другие выдают отрицательные фиксированные значения напряжения постоянного тока.

Микросхемы регулятора напряжения 78xx выдают положительные фиксированные значения напряжения постоянного тока, тогда как интегральные микросхемы регулятора напряжения 78xx выдают отрицательные фиксированные значения напряжения постоянного тока.

При работе с ИС регуляторов напряжения 78xx и 79xx необходимо учитывать следующие моменты:

• «Xx» соответствует двузначному числу и представляет величину (величину) напряжения, которое производит IC регулятора напряжения.

• Микросхемы стабилизатора напряжения 78хх и 79хх имеют по 3 контакта каждый, а третий вывод используется для сбора выходного сигнала от них.

• Назначение первого и второго выводов этих двух типов микросхем различно —

  • Первый и второй выводы микросхем регулятора напряжения 78хх используются для соединения входа и земли соответственно.

  • Первый и второй выводы интегральных схем стабилизатора напряжения 79хх используются для подключения заземления и входа соответственно.

«Xx» соответствует двузначному числу и представляет величину (величину) напряжения, которое производит IC регулятора напряжения.

Микросхемы стабилизатора напряжения 78хх и 79хх имеют по 3 контакта каждый, а третий вывод используется для сбора выходного сигнала от них.

Назначение первого и второго выводов этих двух типов микросхем различно —

Первый и второй выводы микросхем регулятора напряжения 78хх используются для соединения входа и земли соответственно.

Первый и второй выводы интегральных схем стабилизатора напряжения 79хх используются для подключения заземления и входа соответственно.

Примеры

• 7805 IC регулятора напряжения вырабатывает постоянное напряжение +5 вольт.
• 7905 IC регулятора напряжения вырабатывает постоянное напряжение -5 вольт.

На следующем рисунке показано, как создать фиксированное положительное напряжение на выходе, используя фиксированный положительный регулятор напряжения с необходимыми соединениями.

На приведенном выше рисунке, который показывает фиксированный положительный стабилизатор напряжения, входной конденсатор C _i используется для предотвращения нежелательных колебаний, а выходной конденсатор C ₀ действует как линейный фильтр для улучшения переходного процесса.

Примечание — получить фиксированное отрицательное напряжение на выходе, используя фиксированный регулятор отрицательного напряжения с подходящими соединениями.

Регулируемый регулятор напряжения

Регулируемый регулятор напряжения вырабатывает выходное напряжение постоянного тока, которое можно регулировать на любое другое значение определенного диапазона напряжения. Следовательно, регулируемый регулятор напряжения также называется регулятором переменного напряжения .

Значение выходного напряжения постоянного тока регулируемого регулятора напряжения может быть положительным или отрицательным.

ИС регулятора напряжения LM317

ИС регулятора напряжения LM317 может использоваться для получения желаемого положительного фиксированного значения напряжения постоянного тока в доступном диапазоне напряжений.

ИС регулятора напряжения LM317 имеет 3 контакта. Первый вывод используется для регулировки выходного напряжения, второй вывод используется для сбора выходного сигнала, а третий вывод используется для подключения входа.

Регулируемый вывод (клемма) снабжен переменным резистором, который позволяет варьировать выходной сигнал в широком диапазоне.

На приведенном выше рисунке показан нерегулируемый источник питания, управляющий ИС стабилизатора напряжения LM 317, который обычно используется. Эта микросхема может подавать ток нагрузки 1,5 А в регулируемом диапазоне выходных напряжений от 1,25 В до 37 В.

Конвертеры данных

Все величины реального мира имеют аналоговый характер. Мы можем представить эти величины электрически в виде аналоговых сигналов. Аналоговый сигнал является изменяющимся во времени сигналом, который имеет любое количество значений (вариаций) для данного временного интервала.

В отличие от этого, цифровой сигнал внезапно изменяется от одного уровня к другому и будет иметь только конечное число значений (вариаций) для данного временного интервала.

В этой главе рассматриваются типы преобразователей данных и их спецификации.

Типы преобразователей данных

Электронные схемы, которые могут работать с аналоговыми сигналами, называются аналоговыми схемами. Аналогично, электронные схемы, которые могут работать с цифровыми сигналами, называются цифровыми схемами. Конвертер данных — это электронная схема, которая преобразует данные одной формы в другую.

Есть два типа преобразователей данных —

• Аналого-цифровой преобразователь
• Цифро-аналоговый преобразователь

Если мы хотим соединить выход аналоговой схемы как вход цифровой цепи, то мы должны поместить схему сопряжения между ними. Эта схема сопряжения, которая преобразует аналоговый сигнал в цифровой сигнал, называется аналого-цифровым преобразователем .

Точно так же, если мы хотим соединить выход цифровой схемы как вход аналоговой схемы, то мы должны поместить схему сопряжения между ними. Эта схема сопряжения, которая преобразует цифровой сигнал в аналоговый сигнал, называется цифроаналоговым преобразователем .

Обратите внимание, что для некоторых аналого-цифровых преобразователей может потребоваться цифроаналоговый преобразователь в качестве внутреннего блока для их работы.

Характеристики

Ниже приведены спецификации , связанные с преобразованием данных.

• разрешение
• Время конверсии

разрешение

Разрешающая способность — это минимальная величина изменения, необходимая для напряжения аналогового входа, чтобы оно было представлено в двоичном (цифровом) выходе. Это зависит от количества бит, которые используются в цифровом выходе.

Математически разрешение может быть представлено как

$$Разрешение = \ гидроразрыва {1} {2 ^ {N}}$$

где «N» — количество битов, присутствующих в цифровом выходе.

Из приведенной выше формулы видно, что существует обратная зависимость между разрешением и количеством битов. Следовательно, разрешение уменьшается с увеличением количества битов и наоборот.

Разрешение также может быть определено как отношение максимального аналогового входного напряжения, которое может быть представлено в двоичном и эквивалентном двоичном числе.

Математически разрешение может быть представлено как

$$Разрешение = \ гидроразрыва {V_ {FS}} {2 ^ {N} -1}$$

где,

$V_ {FS}$ — входное напряжение полной шкалы или максимальное аналоговое входное напряжение,

«N» — это количество битов, которые присутствуют на цифровом выходе.

Время конверсии

Время, необходимое преобразователю данных для преобразования данных (информации) одной формы в эквивалентные данные в другой форме, называется временем преобразования . Поскольку у нас есть два типа преобразователей данных, существует два типа времени преобразования следующим образом

• Время аналого-цифрового преобразования
• Время цифро-аналогового преобразования

Время, необходимое аналого-цифровому преобразователю (АЦП) для преобразования аналогового входного напряжения в его эквивалентный двоичный (цифровой) выход, называется временем аналого-цифрового преобразования . Это зависит от количества бит, которые используются в цифровом выходе.

Время, необходимое для цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) для преобразования двоичного (цифрового) входа в его эквивалентное аналоговое выходное напряжение, называется временем цифро-аналогового преобразования . Это зависит от количества бит, которые присутствуют на двоичном (цифровом) входе.

Цифро-аналоговые преобразователи

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) преобразует цифровой входной сигнал в аналоговый выходной сигнал. Цифровой сигнал представлен двоичным кодом, который представляет собой комбинацию битов 0 и 1. В этой главе подробно рассматриваются цифроаналоговые преобразователи.

Блок-схема ЦАП показана на следующем рисунке —

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) состоит из нескольких двоичных входов и одного выхода. В общем, число двоичных входов ЦАП будет степенью двойки.

Типы ЦАПов

Есть два типа ЦАПов

• Взвешенный резистор ЦАП
• Лестница ЦАП Р-2Р

В этом разделе подробно рассматриваются эти два типа ЦАП —

Взвешенный резистор ЦАП

Взвешенный резистор ЦАП производит аналоговый выход, который практически равен цифровому (двоичному) входу, используя двоичные взвешенные резисторы в схеме инвертирующего сумматора. Вкратце, бинарный взвешенный резистор DAC называется взвешенным резистором DAC.

Принципиальная схема 3-разрядного двоичного взвешенного резистора ЦАП показана на следующем рисунке —

Напомним, что биты двоичного числа могут иметь только одно из двух значений. т. е. 0 или 1. Пусть 3-битный двоичный вход равен $b_ {2} b_ {1} b_ {0}$. Здесь биты $b_ {2}$ и $b_ {0}$ обозначают старший значащий бит (MSB) и младший значащий бит (LSB) соответственно.

Цифровые переключатели, показанные на рисунке выше, будут подключены к заземлению, когда соответствующие входные биты равны «0». Аналогичным образом, цифровые переключатели, показанные на рисунке выше будут соединены с отрицательным опорным напряжением, $-V_ {R}$, когда соответствующие входные биты равны «1».

В вышеупомянутой схеме неинвертирующий входной терминал операционного усилителя соединен с землей. Это означает, что на неинвертирующий входной вывод операционного усилителя подается нулевое напряжение.

Согласно концепции виртуального короткого замыкания , напряжение на инвертирующей входной клемме операционного усилителя такое же, как и напряжение на его неинвертирующей входной клемме. Таким образом, напряжение на узле инвертирующего входного терминала будет равно нулю.

Узловое уравнение в узле инвертирующего входного терминала:

$$\ гидроразрыва {0 + V_ {R} B_ {2}} {2 ^ {0} R} + \ гидроразрыва {0 + V_ {R} B_ {1}} {2 ^ {1} R} + \ гидроразрыва {0 + V_ {R} B_ {0}} {2 ^ {2} R} + \ гидроразрыва {0-V_ {0}} {R_ {е}} = 0$$

$$=&amp;gt; \ гидроразрыва {V_ {0}} {R_ {е}} = \ гидроразрыва {V_ {R} B_ {2}} {2 ^ {0} R} + \ гидроразрыва {V_ {R} B_ {1 }} {2 ^ {1} R} + \ гидроразрыва {V_ {R} B_ {0}} {2 ^ {2} R}$$

$$=&amp;gt; V_ {0} = \ frac {V_ {R} R_ {f}} {R} \ left \ {\ frac {b_ {2}} {2 ^ {0}} + \ frac {b_ {1 }} {2 ^ {1}} + \ frac {b_ {0}} {2 ^ {2}} \ right \}$$

Подставляя, $R = 2R_ {f}$ ? в вышеприведенном уравнении.

$$=&amp;gt; V_ {0} = \ frac {V_ {R} R_ {f}} {2R_ {f}} \ left \ {\ frac {b_ {2}} {2 ^ {0}} + \ frac { b_ {1}} {2 ^ {1}} + \ frac {b_ {0}} {2 ^ {2}} \ right \}$$

$$=&amp;gt; V_ {0} = \ frac {V_ {R}} {2} \ left \ {\ frac {b_ {2}} {2 ^ {0}} + \ frac {b_ {1}} {2 ^ {1}} + \ frac {b_ {0}} {2 ^ {2}} \ right \}$$

Вышеупомянутое уравнение представляет уравнение выходного напряжения 3-разрядного двоичного взвешенного резистора ЦАП. Так как число битов три в двоичной (цифровой) вход, мы получим семь возможных значений выходного напряжения путем изменения двоичного входа от 000 до 111 для фиксированного опорного напряжения, $V_ {R}$.

Мы можем записать обобщенное уравнение выходного напряжения N-разрядного двоичного взвешенного резистора DAC, как показано ниже, на основе уравнения выходного напряжения 3-разрядного двоичного взвешенного резистора DAC.

$$=&amp;gt; V_ {0} = \ frac {V_ {R}} {2} \ left \ {\ frac {b_ {N-1}} {2 ^ {0}} + \ frac {b_ {N-2 }} {2 ^ {1}} + .... + \ frac {b_ {0}} {2 ^ {N-1}} \ right \}$$

Недостатки бинарного взвешенного резистора ЦАП заключаются в следующем —

• Разница между значениями сопротивления, соответствующими LSB и MSB, будет увеличиваться по мере увеличения количества битов, присутствующих на цифровом входе.

• Трудно разработать более точные резисторы, поскольку число битов на цифровом входе увеличивается.

Разница между значениями сопротивления, соответствующими LSB и MSB, будет увеличиваться по мере увеличения количества битов, присутствующих на цифровом входе.

Трудно разработать более точные резисторы, поскольку число битов на цифровом входе увеличивается.

Лестница ЦАП Р-2Р

ЦАП R-2R Ladder преодолевает недостатки бинарного взвешенного резистора DAC. Как следует из названия, лестничный ЦАП R-2R производит аналоговый выход, который почти равен цифровому (двоичному) входу, используя лестничную сеть R-2R в схеме инвертирующего сумматора.

Принципиальная схема 3-битного ЦАП R-2R Ladder показана на следующем рисунке —

Напомним, что биты двоичного числа могут иметь только одно из двух значений. т. е. 0 или 1. Пусть 3-битный двоичный вход равен $b_ {2} b_ {1} b_ {0}$. Здесь биты $b_ {2}$ и $b_ {0}$ обозначают старший значащий бит (MSB) и младший значащий бит (LSB) соответственно.

Цифровые переключатели, показанные на рисунке выше, будут подключены к заземлению, когда соответствующие входные биты равны «0». Аналогичным образом, цифровые переключатели, показанные на рисунке выше будут соединены с отрицательным опорным напряжением, $-V_ {R}$, когда соответствующие входные биты равны «1».

Трудно получить обобщенное уравнение выходного напряжения лестничного ЦАП R-2R. Но мы можем легко найти значения аналогового выходного напряжения R-2R Ladder DAC для отдельных комбинаций двоичных входов.

Преимущества лестничного ЦАП R-2R заключаются в следующем —

• R-2R Ladder DAC содержит только два значения резистора: R и 2R. Таким образом, легко выбрать и спроектировать более точные резисторы.

• Если на цифровом входе присутствует большее количество битов, то мы должны дополнительно включить требуемое количество секций R-2R.

R-2R Ladder DAC содержит только два значения резистора: R и 2R. Таким образом, легко выбрать и спроектировать более точные резисторы.

Если на цифровом входе присутствует большее количество битов, то мы должны дополнительно включить требуемое количество секций R-2R.

Из-за вышеупомянутых преимуществ лестничный ЦАП R-2R предпочтительнее двоичного взвешенного резистора ЦАП.

Пример задачи ЦАП

В предыдущей главе мы обсудили два типа ЦАП. В этой главе обсуждается пример проблемы, основанной на лестничном ЦАП R-2R.

пример

Найдем значение напряжения аналогового выхода лестничного ЦАП R-2R для двоичного входа: $b_ {2} b_ {1} b_ {0}$ = 100.

Принципиальная схема и ее упрощение

Принципиальная электрическая схема 3-разрядного ЦАП R-2R, когда к ней применяется двоичный вход, $b_ {2} b_ {1} b_ {0}$ = 100, показана на следующем рисунке —

В приведенной выше схеме существуют последовательные и параллельные комбинации резисторов слева от точки А относительно земли. Таким образом, мы можем заменить всю эту сеть резисторов одним резистором с сопротивлением $2R \ Omega$.

Упрощенная принципиальная схема показана на следующем рисунке —

Мы можем заменить часть сети, которая подключена слева от точки B относительно земли, используя эквивалентную схему Тевенина. Модифицированная принципиальная схема показана на следующем рисунке —

В приведенной выше схеме существует последовательная комбинация двух резисторов. Замените эту комбинацию одним резистором. Окончательная принципиальная схема после упрощения показана на следующем рисунке —

Теперь приведенная выше принципиальная схема выглядит как инвертирующий усилитель . Он имеет входное напряжение $- \ frac {V_ {R}} {2}$ вольт, входное сопротивление $2R \ Omega$ и сопротивление обратной связи $2R \ Omega$.

Выходное напряжение цепи, показанной выше, будет:

$$V_ {0} = - \ гидроразрыва {2R} {2R} \ влево (- \ гидроразрыва {V_ {R}} {2} \ справа)$$

$$V_ {0} = \ гидроразрыва {V_ {R}} {2}$$

Поэтому выходное напряжение 3-разрядного ЦАП R-2R Ladder составляет $\ frac {V_ {R}} {2}$ вольт для двоичного входа, $b_ {2} b_ {1} b_ {0}$ = 100 ,

АЦП прямого типа

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) преобразует аналоговый сигнал в цифровой сигнал. Цифровой сигнал представлен двоичным кодом, который представляет собой комбинацию битов 0 и 1.

Блок-схема АЦП показана на следующем рисунке —

Обратите внимание, что на рисунке, показанном выше, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) состоит из одного аналогового входа и множества двоичных выходов. В общем, количество двоичных выходов АЦП будет степенью двойки.

Существует два типа АЦП: АЦП прямого типа и АЦП косвенного типа. В этой главе подробно рассматриваются АЦП прямого типа.

Если АЦП выполняет аналого-цифровое преобразование напрямую, используя для сравнения с аналоговым входом внутренний сгенерированный эквивалентный (двоичный) код, то он называется АЦП прямого типа .

Ниже приведены примеры АЦП прямого типа:

• Тип счетчика АЦП
• Последовательное приближение АЦП
• Тип вспышки АЦП

В этом разделе подробно обсуждаются эти АЦП прямого типа.

Тип счетчика АЦП

АЦП типа счетчика производит цифровой выход, который приблизительно равен аналоговому входу при использовании внутреннего счетчика.

Блок-схема счетчика типа АЦП показана на следующем рисунке —

Счетчик типа АЦП в основном состоит из 5 блоков: тактового генератора, счетчика, ЦАП, компаратора и логики управления.

Работа счетчика типа АЦП заключается в следующем —

• Логика управления сбрасывает счетчик и включает генератор тактовых сигналов, чтобы посылать тактовые импульсы на счетчик, когда он получил командный сигнал запуска.

• Счетчик увеличивается на единицу для каждого тактового импульса, и его значение будет в двоичном (цифровом) формате. Этот выход счетчика применяется как вход ЦАП.

• ЦАП преобразует полученный двоичный (цифровой) вход, который является выходом счетчика, в аналоговый выход. Компаратор сравнивает это аналоговое значение $V_ {a}$ с внешним значением аналогового входа $V_ {i}$.

• Выход компаратора будет равен «1», если ?? больше, чем. Операции, упомянутые выше в двух шагах, будут продолжаться до тех пор, пока логика управления получит «1» с выхода компаратора.

• Выход компаратора будет равен «0», когда $V_ {i}$ меньше или равен $V_ {a}$. Таким образом, управляющая логика получает «0» с выхода компаратора. Затем управляющая логика отключает генератор тактового сигнала, чтобы он не отправлял тактовый импульс на счетчик.

• В этот момент выход счетчика будет отображаться как цифровой выход . Это почти эквивалентно соответствующему внешнему значению аналогового входа $V_ {i}$.

Логика управления сбрасывает счетчик и включает генератор тактовых сигналов, чтобы посылать тактовые импульсы на счетчик, когда он получил командный сигнал запуска.

Счетчик увеличивается на единицу для каждого тактового импульса, и его значение будет в двоичном (цифровом) формате. Этот выход счетчика применяется как вход ЦАП.

ЦАП преобразует полученный двоичный (цифровой) вход, который является выходом счетчика, в аналоговый выход. Компаратор сравнивает это аналоговое значение $V_ {a}$ с внешним значением аналогового входа $V_ {i}$.

Выход компаратора будет равен «1», если ?? больше, чем. Операции, упомянутые выше в двух шагах, будут продолжаться до тех пор, пока логика управления получит «1» с выхода компаратора.

Выход компаратора будет равен «0», когда $V_ {i}$ меньше или равен $V_ {a}$. Таким образом, управляющая логика получает «0» с выхода компаратора. Затем управляющая логика отключает генератор тактового сигнала, чтобы он не отправлял тактовый импульс на счетчик.

В этот момент выход счетчика будет отображаться как цифровой выход . Это почти эквивалентно соответствующему внешнему значению аналогового входа $V_ {i}$.

Последовательное приближение АЦП

АЦП типа последовательной аппроксимации производит цифровой выход, который приблизительно равен аналоговому входу, используя внутреннюю технику последовательной аппроксимации.

Блок-схема АЦП последовательного приближения показана на следующем рисунке

АЦП последовательного приближения в основном состоит из 5 блоков: генератор тактового сигнала, регистр последовательного приближения (SAR), ЦАП, компаратор и логика управления.

Работа АЦП последовательного приближения выглядит следующим образом —

• Логика управления сбрасывает все биты SAR и включает генератор тактовых сигналов, чтобы посылать тактовые импульсы в SAR, когда он получил командный сигнал запуска.

• Двоичные (цифровые) данные, присутствующие в SAR, будут обновляться для каждого тактового импульса на основе выхода компаратора. Выход SAR применяется как вход ЦАП.

• ЦАП преобразует полученный цифровой вход, который является выходом SAR, в аналоговый выход. Компаратор сравнивает это аналоговое значение $V_ {a}$ с внешним значением аналогового входа $V_ {i}$.

• Выходное значение компаратора будет равно «1», если $V_ {i}$ больше, чем $V_ {a}$. Точно так же выход компаратора будет равен «0», когда $V_ {i}$ меньше или равен $V_ {a}$.

• Операции, упомянутые в вышеприведенных шагах, будут продолжаться до тех пор, пока цифровой выход не станет действительным.

Логика управления сбрасывает все биты SAR и включает генератор тактовых сигналов, чтобы посылать тактовые импульсы в SAR, когда он получил командный сигнал запуска.

Двоичные (цифровые) данные, присутствующие в SAR, будут обновляться для каждого тактового импульса на основе выхода компаратора. Выход SAR применяется как вход ЦАП.

ЦАП преобразует полученный цифровой вход, который является выходом SAR, в аналоговый выход. Компаратор сравнивает это аналоговое значение $V_ {a}$ с внешним значением аналогового входа $V_ {i}$.

Выходное значение компаратора будет равно «1», если $V_ {i}$ больше, чем $V_ {a}$. Точно так же выход компаратора будет равен «0», когда $V_ {i}$ меньше или равен $V_ {a}$.

Операции, упомянутые в вышеприведенных шагах, будут продолжаться до тех пор, пока цифровой выход не станет действительным.

Цифровой выход будет действительным, когда он почти эквивалентен соответствующему значению внешнего аналогового входа $V_ {i}$.

Тип вспышки АЦП

АЦП со вспышкой производит мгновенный эквивалентный цифровой выход для соответствующего аналогового входа. Следовательно, флэш-тип АЦП является самым быстрым АЦП.

Принципиальная электрическая схема 3-разрядного АЦП со вспышкой показана на следующем рисунке.

АЦП 3-разрядного типа флэш-памяти состоит из сети делителя напряжения, 7 компараторов и датчика приоритета.

Работа 3-разрядного АЦП с флэш-памятью заключается в следующем.

• Сеть делителей напряжения содержит 8 равных резисторов. Опорное напряжение $V_ {R}$ прикладываются через эту всю сеть по отношению к земле. Падение напряжения на каждом резисторе снизу вверх относительно земли будет целочисленным кратным (от 1 до 8) $\ frac {V_ {R}} {8}$.

• Внешнее входное напряжение $V_ {i}$ подается на неинвертирующий вывод всех компараторов. Падение напряжения на каждом резисторе снизу вверх относительно земли прикладывается к инвертирующей клемме компараторов снизу вверх.

• Одновременно все компараторы сравнивают внешнее входное напряжение с падениями напряжения, присутствующими на соответствующей другой входной клемме. Это означает, что операции сравнения выполняются каждым компаратором параллельно .

• Выход компаратора будет равен «1», если значение $V_ {i}$ больше, чем падение напряжения, присутствующее на соответствующей другой входной клемме. Аналогичным образом, выход компаратора будет равен «0», когда $V_ {i}$ меньше или равно падению напряжения, присутствующему на соответствующей другой входной клемме.

• Все выходы компараторов подключены как входы приоритетного кодера. Этот приоритетный кодер выдает двоичный код (цифровой выход), который соответствует высокоприоритетному входу, имеющему «1».

• Поэтому выходной сигнал приоритетного датчика представляет собой не что иное, как двоичный эквивалент (цифровой выход) напряжения внешнего аналогового входа, $V_ {i}$.

Сеть делителей напряжения содержит 8 равных резисторов. Опорное напряжение $V_ {R}$ прикладываются через эту всю сеть по отношению к земле. Падение напряжения на каждом резисторе снизу вверх относительно земли будет целочисленным кратным (от 1 до 8) $\ frac {V_ {R}} {8}$.

Внешнее входное напряжение $V_ {i}$ подается на неинвертирующий вывод всех компараторов. Падение напряжения на каждом резисторе снизу вверх относительно земли прикладывается к инвертирующей клемме компараторов снизу вверх.

Одновременно все компараторы сравнивают внешнее входное напряжение с падениями напряжения, присутствующими на соответствующей другой входной клемме. Это означает, что операции сравнения выполняются каждым компаратором параллельно .

Выход компаратора будет равен «1», если значение $V_ {i}$ больше, чем падение напряжения, присутствующее на соответствующей другой входной клемме. Аналогичным образом, выход компаратора будет равен «0», когда $V_ {i}$ меньше или равно падению напряжения, присутствующему на соответствующей другой входной клемме.

Все выходы компараторов подключены как входы приоритетного кодера. Этот приоритетный кодер выдает двоичный код (цифровой выход), который соответствует высокоприоритетному входу, имеющему «1».

Поэтому выходной сигнал приоритетного датчика представляет собой не что иное, как двоичный эквивалент (цифровой выход) напряжения внешнего аналогового входа, $V_ {i}$.

АЦП со вспышкой используется в приложениях, где скорость преобразования аналогового ввода в цифровые данные должна быть очень высокой.

АЦП косвенного типа

В предыдущей главе мы обсуждали, что такое АЦП, и примеры АЦП прямого типа. В этой главе обсуждается АЦП косвенного типа.

Если АЦП выполняет аналого-цифровое преобразование косвенным методом, он называется АЦП косвенного типа . Как правило, сначала он преобразует аналоговый вход в линейную функцию времени (или частоты), а затем генерирует цифровой (двоичный) выход.

Двухконтурный АЦП является лучшим примером АЦП косвенного типа. Эта глава обсуждает это в деталях.

Двухступенчатый АЦП

Как следует из названия, АЦП с двойным наклоном производит эквивалентный цифровой выход для соответствующего аналогового входа, используя технику с двумя (двойным) наклоном.

Блок-схема двухконтурного АЦП показана на следующем рисунке —

Двухконтурный АЦП в основном состоит из 5 блоков: интегратор, компаратор, генератор тактового сигнала, логика управления и счетчик.

Работа двухконтурного АЦП выглядит следующим образом —

• Управляющая логика сбрасывает счетчик и включает генератор тактовых сигналов, чтобы посылать тактовые импульсы на счетчик, когда он получает стартовый командный сигнал.

• Управляющая логика толкает переключатель sw для подключения к внешнему аналоговому входному напряжению $V_ {i}$ , когда он получает сигнал команды запуска. Это входное напряжение подается на интегратор.

• Выход интегратора соединен с одним из двух входов компаратора, а другой вход компаратора заземлен.

• Компаратор сравнивает выходной сигнал интегратора с нулевым напряжением (земля) и выдает выходной сигнал, который применяется к логике управления.

• Счетчик увеличивается на единицу для каждого тактового импульса, и его значение будет в двоичном (цифровом) формате. Он генерирует сигнал переполнения для логики управления, когда он увеличивается после достижения максимального значения счета. В этот момент все биты счетчика будут иметь только нули.

• Теперь логика управления толкает переключатель SW для подключения к отрицательному опорному напряжению $-V_ {ссылка}$. Это отрицательное опорное напряжение подается на интегратор. Он удаляет заряд, накопленный в конденсаторе, пока не станет нулевым.

• В этот момент оба входа компаратора имеют нулевое напряжение. Итак, компаратор посылает сигнал на управляющую логику. Теперь логика управления отключает генератор тактового сигнала и сохраняет (удерживает) значение счетчика. Значение счетчика пропорционально внешнему аналоговому входному напряжению.

• В этот момент выход счетчика будет отображаться как цифровой выход . Это почти эквивалентно соответствующему внешнему значению аналогового входа $V_ {i}$.

Управляющая логика сбрасывает счетчик и включает генератор тактовых сигналов, чтобы посылать тактовые импульсы на счетчик, когда он получает стартовый командный сигнал.

Управляющая логика толкает переключатель sw для подключения к внешнему аналоговому входному напряжению $V_ {i}$ , когда он получает сигнал команды запуска. Это входное напряжение подается на интегратор.

Выход интегратора соединен с одним из двух входов компаратора, а другой вход компаратора заземлен.

Компаратор сравнивает выходной сигнал интегратора с нулевым напряжением (земля) и выдает выходной сигнал, который применяется к логике управления.

Счетчик увеличивается на единицу для каждого тактового импульса, и его значение будет в двоичном (цифровом) формате. Он генерирует сигнал переполнения для логики управления, когда он увеличивается после достижения максимального значения счета. В этот момент все биты счетчика будут иметь только нули.

Теперь логика управления толкает переключатель SW для подключения к отрицательному опорному напряжению $-V_ {ссылка}$. Это отрицательное опорное напряжение подается на интегратор. Он удаляет заряд, накопленный в конденсаторе, пока не станет нулевым.

В этот момент оба входа компаратора имеют нулевое напряжение. Итак, компаратор посылает сигнал на управляющую логику. Теперь логика управления отключает генератор тактового сигнала и сохраняет (удерживает) значение счетчика. Значение счетчика пропорционально внешнему аналоговому входному напряжению.

В этот момент выход счетчика будет отображаться как цифровой выход . Это почти эквивалентно соответствующему внешнему значению аналогового входа $V_ {i}$.

АЦП с двойным наклоном используется в приложениях, где точность важнее при преобразовании аналогового входа в его эквивалентные цифровые (двоичные) данные.