Операциялық күшейткіштің қасиеттері

Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 21 бет
Таңдаулыға:

МАЗМҰНЫ

КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
І. ЖАЛПЫ
БӨЛІМ ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ...
1 Күшейткіштің түрлері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..

1.2 Қуат күшейткіштері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ...

1.3 Операциялық күшейткіштер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

1.4 Операциялық күшейткіштің қасиеттері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..

1.5 Операциялық күшейткіштегі бір вибратор ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
ІІ. НЕГІЗГІ БӨЛІМ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
2.1 Мультивибраторлар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ...

2.2 Операциялық күшейткіштегі симметриялық мультивибратолар ... ... ... ... ...

2.3 Транзисторлы мультивибратор ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

2.4 Қосымша ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

2.5.Қазіргі замандағы операциялық күшейткіштер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..

Пайдаланған әдебиеттер тізімі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..

КІРІСПЕ
Ғылым мен техникада көп кездесетін инженерлік мәселелерді шешкен кезде
электрлік емес мәндерді электрлік мәндерге түрлендіріп өлшегенде,
технологиялық прцесстерді тексеріп және автоматизация жасағанда, немесе
әртүрлі өнеркәсіптік электрониканың қондырғыларын жасағанда электрлік
сигналдарды күшейту үшін биполярлық транзисторлар, өрістік транзисторлар
және интегралдық микросхемалар кеңінен қолданылады. Бұл күшейткіштер өте
әлсіз электрлік сигналдарды (кернеулері 10-7 В, токтары 10-14 А шамалас)
күшейтуге мүмкіндік береді. Транзисторлар арқылы аса үлкен күшейтуге жету
үшін бірнеше күшейткіш каскадтар қолданылады. Бір транзистордан немесе
күшейткіш элементтен және оған қарасты байланыс элементтерінен тұратын
күшейткішті − каскад деп атайды. Күшейту процесі, қоректену көзінің
энергиясын күшейткіштің сыртқы сигналының энергиясына түрлендіру болып
табылады. Бұл процесті басқару күшейткіш элементіне немесе транзисторға
әсер ететін кірме сигнал арқылы жүргізіледі. Шығыс сигнал кіріс сигналдың
функциясы болып табылады, сонымен қатар шығыс күшейтілген синалдың қуаты,
кіріс күшейтілген сигналдың қуатынан қректену көзінің арқасында, әлдеқайда
артық.
Сонымен, электрондық күшейткіш деп электрлік сигналдарды, олардың
формасын өзгертпей, қоректену көзінің энергиясының арқасында, қуатын
ұлғайтып, күшейтетін құрылғыны айтады. Транзисторлық күшейткіштің
электорондық деп аталу себебі, транзисторлардың жұмыс істеу принципі
жартылай өткізгіштегі жүріп жататын электрондық процесстермен анықталады.
Күшейткіштің кірісіне электр қозғаушы күшінің (ЭҚК) әрекеттестік мәні er,
ішкі кедергісі Rr, кіру сигналының көзі қосылған. Кішкене қуатты кіру
сигналы жоғары дәрежедегі қуаты бар қоректену көзін пайдалана отырып, кіріс
сигналдың қуатын күшейтуге мүмкіндік бар.
Күшейткіштің шығыс тізбегінде күшейтілген сигнал әрекет етеді. kUкір
кернеу көзімен анықталады. Күшейтілген сигналдың энергиясын пайдаланатын
сыртқы жүктеме Rж күшейткіштің шағысына қосылады.
Күшейтілген сигналдың түріне қарай күшейткіштерді екі топқа бөлуге
болады:
1. Гармоникалық сигналдардың күшейткіштері – әртүрлі шамадағы және
формадағы гармоникалық және квазигармоникалық (гармоникалық деп
есептеуге болатын), яғни периодтық сигналдарды күшейтуге
арналған. Мұндай күшейткіштерге: микрофондық, трансляциялық және
формадағы периодтық емес сигналдарды күшейтуге арналған.
2. Импульстық сигналдардың күшейткіштері − әртүрлі шамадағы және
формадағы периодтық және периодтық емес сигналдарды күшейтуге
арналған. Импульстық күшейткіштерге: байланыс жүйелерінің
импульстық күшейткіштері, теледидар бейнелеу сигналдарының,
импульстық радиолокациялық құрылғылардың, электрондық есептеу
техникасы негіздерінің, реттеу және басқару жүйелерінің
күшейткіштері жатады.
Күшейтілген жиіліктерінің абсолюттік мәндеріне және жиілік жолағына
ұзындығына (диапозонына) байланысты күшейткіштер:
Тұрақта ток күшейткіштері − төменгі жиілігі ден жоғары жиілігі
кГц-ке дейінгі жиілік жолағындағы электлік сигналдарды күшейтуге
арналған.
Төменгі жиілік күшейткіштері − Гц-тен кГц-ке дейінгі жиілік
жолағындағы айнымалы ток сигналдарын күшейтуге арналған. Жоғары жиілік
күшейткіштері − кГц-тен МГц –ке дейінгі жиілік жолағындағы
сигналдарды күшейтуге арналған. Кең жолақты және импульстық күшейткіштері −
бірнеше кГц-тен − бірнеше МГц –ке дейінгі жиілік жолағындағы
сигналдарды күшейтуге арналған.

ЖАЛПЫ БӨЛІМ
1.1.Күшейткіштердің түрлері
1.2 Қуат күшейткіштері

Қандай да болмасын күшейткіш қуат күшейткіші болып табылады. Сондықтан
да, қуат күщейткіші дегеніміз жүктемеге нақты немесе максимальды мүмкін
қуатты беретін қуатты күшейткіштер, кейде шығу күшейткіштері деп те
аталады. Бұл күшейткіштер үлкен ПӘК пен жиілік және сызықтық емес
бұрмалаулардың шектелген деңгейлерінде жұмыс жасауға тиіс. Сөйтіп, қуатты
шығу какадтары үлкен сигнал режимінде істейтіндіктен, олардың ең маңызды
көрсеткіштері болып мыналар аталады: жүктемеге берілетін қуат (немесе қуат
бойынша күшейту коффициенті), ПӘК, сонымен қатар күшейтілетін сигналдың
сызықтық емес бұрмалаулардың деңгейі. Күшейткіштің ПӘК-ті мен сызықтық
емес бұрмалауларының деңгейі жұмыс нүктесінің бастыпқы орнына өте қатты
байланысты болады. Сызықты емес бұрмалаудың мүмкін ең төменгі деңгейі А
классы режимінде қамтамасыз етілуі мүмкін, ал максимальді мүмкін ПӘК В және
С классы режимінде болады.
Қуатты күшейткіштерді біртактылымен қатар екітактылы орындалуында
жобалап жасайды. Біртактылы каскадтар әдетте А классы режимінде жұмыс
істейді, ал екітактылы В жіне С режимінде.

Біртактылы А классы режиміндегі қуат күшейткіші
Каскадтың принципиальды электрлік схемасында транзистордың коллекторы
шығыс трансформатордың біріншілік орамасы арқылы бірден ток көзіне
қосылады. Сондықтан, кіріс сигнал жоқ болғанда статистикалық жүктемелік
түзу тіпттен тіке жүреді, себебі трансформатор орамасының тұрақты тоққа
кедергісі тіптен аз, ал Ек –ның мәнін, тогы жүргенде -
резисторына түсетін кернеуден әлдейқайда үлкен қылып алады.
Әдетте,
Сонымен,
Кіріс сигналы берілген кезде, транзистордың коллектор тізбегіндегі
кедергісі, трансформатордың біріншілік орамасына келтірілген күшейткіштің
жүктемесінің кедергісімен анықталады.

Қуат күшейткішінің В классы режиміндегі екі тактылы каскады.
Қуат күшейткіштерінің бір тактылы касадтарының біраз айтарлықтай
кемшіліктері бар, бұлар:
1. каскадтың кішкене пайдалы әсер коэффициенті;
2. күшейткіш аспап пен шығыс трансформатордың магнит өткізгішін
магниттейтін, тұрақты токтар тудыратын салыстырмалы үлкен сызықтық
емес бұрмалаулары;
3. салыстырмалы үлен жиіліктік бұрмалаулары.
Сондықтан, көбіне В классы режиміндегі қуатты, әрі экономды екі тактылы
күшейткіш каскадтар қолданылады.
Орталық жүктеме жұмыс істейтін, схеманың екі бірдей симметриялы иығын
құрайтын екі элементен (транзистордан) тұратын каскадтарды екі тактылы деп
атайды.
Трансформаторлық кірісі мен шығысы бар В класында жұмыс істейтін екі
тактылы қуат күшейткішінде қандай да болмасын уақыт моментінде екі
транзистордың тек қана біреуі ашық болады. Егерде, кіру жағында генратордан
сигнал берілмесе, онда екі транзистор Т1 және Т2 екеуі де жабық, себебі
олардың эмиттерлері – базалық өткелдерінде потенциалдар айырымы жоқ,
өйткені эмиттерлерге бірден, ал базаларға Тр1 трансформаторының екіншілік
орамасының жартысы арқылы қоректену көзі Ек-дан +Uk кернеуі беріліп тұр.

Екі тактылы трансформаторлы В классындағы күшейткіштердің
ерекшеліктері:
1. Токтар айырмасында тұрақты құрамалар жоқ болғандықтан шығыс
трансформатор салмағы жағынан жеңіл, аумағы жағынан кіші;
2. Токтар айырмасында жұп гармоникалық жоқ, сондықтан жиіліктік
бұрмалау коэффициенті тек үшінші гармоникамен бағаланады;
3. Схема симметриялы болғандықтан әртүрлі фондар, әсіретпелер,
бөгеулер әлдеқайда аз болады.
Ал кемшіліктеріне:
1. Трансформатор иықтарын өте қатаң симметриялау керек;
2. Ортақ нүктеден шығу сымдары бар екі трансфоматор қажеттігі.

1.2.Операциялық күшейткіш.

1.2 схема-Операциялық күшейткіштер

Әртүрлі корпустардағы әртүрлі операциялық күшейткіштер, сонымен бірге
бір корпустағы бірнеше күшейткіштер.

Операциялық күшейткіш (Операционный усилитель; operational
amplifier, opamp) — 1) әрекеттер тіркесі күшейткіштің қосалқы
тізбелерін ауыстырып қосу арқылы өзгертілуі мүмкін аналогтық
компьютердің элементі; кернеу өзгерісінің формасы а кірісте белгілі
бір математикалық өрнекке сәйкес болғанда, шығыстық кернеу өзгерісінің
формасы а өзгеріс формасына сәйкес болады. Мысалы, қосындыны орындау
үшін үдеткіш а-ға программаланған болса, онда оның кірісіндегі кернеу
а кернеу кірісіндегі а- ның қосындысына тең болады; 2) кері байланыс
тізбегі жоқ күшейткіш. Әдетте, тұрақты ток күшейткіші. Оның күшейту
еселігі үлкен, кіріс кедергісі жоғары, ал шығыс кедергісі төмен
болады.
Операциялық күшейткіш (ОК) –дифференциалды кірісі тұрақты токтың
күшейткіші, ереже бойынша, жоғары күшейту коэффициентіне ие шығысы
бар. ОК әрдайым терең теріс кері байланыс сұлбаларында
пайдаланылады.Ол күшейткіштің жоғары коэффициентінің негізінде
қабылданған сұлбаның таратылу коэффициентін толық анықтайды.
Операциялық күшейткіш бастан кернеуді аналогтық көлемде пайдалану
арқылы математикалық амалдарды орындау үшін құрастырылды. Мұндай тәсіл
аналогтық компьютерлердің негізінде бар, онда ОК математикалық
амалдарды модельдеуде пайдаланылады(интегралдау, дифференциялдау,
қосу, алу және т.б.). Бірақ идеалды ОК көп функциялды схемотехникалық
шешім болып табылады, онда математикалық амалдарды орындау функциялары
көп. Транзистор, электронды лампа және басқа дискретті немесе
интегралды сұлбалы белсенді компоненттермен негізделген кәдімгі ОК
идеалды ОК түрлеріне жақын келеді.

1.3 схема К2 –W лампалы операциялық күшейткіш
Алғашқы өндірістік лампалы ОК (1940 ж)екілік триодтың қосындысында
орындалды, оның ішінде октальді іргелі корпустың ішінде жеке құрылымды
жинақ ретінде қолданылды. 1963 жылы Fairchild Semiconductor инженері,
Роберт Видлар, бірінші интегралды ОК— μA702 жасады. 9 транзистордан
тұратын бұл құрылғы 300$ бағада тұрды және тек әскери жағдайында
пайдаланылды. Видлармен проектіленген алғашқы қол жеткізілген интегралды
ОК 1965 жылы шығарылды, оның шығуымен оның бағасы 10$ төменге түсті.Бірақ
тұрмыста қолдануда қымбат болғанымен көпшілік өндіріс автоматика және сол
сияқты азаматтық есептер үшін қол жеткізу мүмкіндігі болды.

1.4-схема TO-5 корпусындағы ОК 741

Операциялық күшейткіштер құрлымдық жағынан біртұтас жасалған, көлемі
өте шағын, жоғары сапалы, аса тұрақты , жиілік бойынша кең ауқымды, күшейту
коэффициенті өте үлкен тұрақты ток күшейткіштріне жатады. Сондай-ақ,
операциялық күшейткіш – жартылай дифференциялдық каскадтардан тұратын
күрделі көп каскадты электрондық құрылғы.
Осы күшейткіштердің атауы алғашқыда оларды математикалық
операциялар:қосу, алу, көбейту, логарифмдеу, т.б. амалдар жүргізуге
қолданудан туған. Қазіргі кезде операциялық күшейткіштер әмбебап
құрылғылар болып табылды, олар генераторлар схемасын, схемасын, активтік
сүзгілердің, теледидар элементтерінің схемаларын құруға кеңінен
қолданылады.
Жұмыс істеу принципі бойынша операциялық күшейткіш қарапайым
күшейткішке ұқсас болып келеді. Қарапайым күшейткіш сияқты ол кіріс
сигналының кернеу мен қуатын күшейту үшін қолданылады. Бірақ та, қарапайым
күшейткіштің қасиеттері мен параметрлері толығымен оның сұлбасымен
анықталса, операциялық күшейткіштің қасиеттері мен параметрлері көбінесе
кері байланыс тізбегі праметрлерімен анықталады. Операциялық күшейткіштер
нольдік орын ауыстуруын және шығыс кернеуін кіріс кернеудің нольдік
мәнінідегі тұрақты ток күшейткіші сұлбасы бойынша жүзеге асырады. Сонымен
қатар олар үлкен күшейту коэффициенттері, жоғары кіріс және төмен шығыс
кедергілермен сипатталады. Ертерек мұндай жоғары сапалы күшейткіштер тек
қана математикалық операцияларды : суммалау және интегралдау үшін аналогты
есептеу құрылғыларда қолданылатын. Операциялық күшейткіш деп аталуы осыдан.

Белгілі бір салада қолданылуы керек кезде, қандай операциялық
күшейткіштің қажет екенін анықтау үшін оның негізгі сипаттамаларын білу
жеткілікті.

1.3 Операциялық күшейткіштің қасиеттері
1-суретте операциялық күшейткіштің сұлба түріндегі көрінісі берілді.
Оның кіріс каскады дифференциалдық күшейткіш түрінде орындалады. Сондықтан
операциялық күшейткіште екі кірісі болады. Төменгі жиілік облысында шығыс
кернеуі Ua кіріс кернеулердің айырымы да сол фазасында орналасады: UD = UP
– UN .

1.5. – схема. Операциялық күшейткіштің сұлбалық түрі.
р – кіріс инвертирлемейтін деп аталады және операциялық күшейткіште
плюс таңбасымен белгіленеді. N – кіріс инвертті және сұлбада минус
таңбасымен белгіленеді.
Операциялық күшейткіштің теріс және кері кіріс сигналдарымен жұмыс
істеуін қамтамасыз ету үшін екі полярлы қоректену кернеуін қолдану керек.
Ол үшін 1 – суретте көрсетілгендей операциялық күшеткіштің сәйкесті сыртқы
клеммаларына қосылатын екі тұрақты кернеуді орнату қажет. Көбінесе
интегралды орнындауындағы стандартты операциялық күшейткіштер ±15В
қоректену кернеуінде жұмыс істейді. Принципиалды сұлбалар құрылғыларда тек
қана олардың кіріс және шығыс клеммаларын көрсетеді.
Іс жүзінде идеалды операциялық күшейткіштер болмайды. Операциялық
күшейткіштің қайсысы болмасын идеалға жақын екенін анықтау үшін
күшейткіштің техникалық сипаттамалары беріледі.

Операциялық күшейткіштің дифференциалды күшейту коэффициенті

AD =ΔUa ΔUD= ΔUa Δ(UP – UN )= ΔUa ΔUP егер UN =const
-ΔUa ΔUN егер UP =const
(1.1)

104 ÷ 105 шектерінде жатқан соңғы өлшемі. Ол өзіндік күшейту
коэффициенті деп те аталады, басқа сөзбен айтқанда кері байланыс жоқ
кезіндегі күшеюі.
UP –дан шығыс кернеу күшеюінің типтік тәуелділігі көрсетілген. Uамин
Uа Uамакс диапазонында ол UD-дан дерлік сызықты тәуелді. Осы шығыс
кернеуінің диапазоны күшейту облысы деп аталады. Қанығу облысында Uа –ның
сәйкесті өсуінен UD-ның өсуі өзгермейді. Күшею облысының шектері Uамин
және Uамакс сәйкесті оң және кері кернеуінің қоректенуінен 3В-қа жуық
кешігеді. Операциялық күшейткіштің ±15В жұмысы кезінде шығыс кернеуі
бойынша типтік облыс диапазоны ±12В-ты құрайды.
Идеалды операциялық күшейткіштің беріліс сипаттамасы нольдік нүктеден
өту керек. Бірақ та көрсетілгендей, реалды операциялық күшейткіштер үшін
бұл сипаттама кішкене жылжыған, ол штрих сызығымен көрсетіледі. Сонымен
шығыс кернеуді нольге келтіру үшін операциялық күшейткіштің кірісіне
кернеудің кейбір әртүрлілігін берк керек. Омы кернеудің әртүрлілігі нольдің
жылжымалы кернеуі Uо деп аталады. Ол көбінесе бірнеше милливольт құрайды
және көптеген жағдайда еакерілмейді. Кейде осы өлшеммен елемеуге болмаған
кезде, оны нольге дейін апаруға болады. Сондықтан көптеген интегралды
операциялық күшейткіштерде арнайы клеммалар қарастырылған.
Кіріс кернеудің әртүрлілік функциясы ретіндегі операциялық күшейткіштің
кіріс кернеуі. Нольдік нүкте кернеуінің компенсациясыз түсірілген
пунктирмен көрсетілген сипаттама.
Нольдік жылжу кернеуін алып тастағаннан кейін тек қана оның уақытқа,
температураға, кернеуге тәуелді өзгерістері қалады:
ΔU0(ϑ,t,Ub)=(∂U0∂ϑ )Δϑ+(∂U0∂t )Δt+(∂U0∂Ub )ΔϑUb .
Осы фомулада келесі дрейфті құрайтындар:
∂U0∂ϑ - температуралық дрейф, 3-10 мкВК;
∂U0∂t – уақыттық дрейф, айда бірнеше микровольтқа дейін жете алады;
∂U0∂Ub – суммалық кернеу қоректенудің өзгерісімен көрсетілген дрейф.
Құраушы ∂U0∂Ub номиналды мәнінен нольдік нүктенің жылжу өлшеміне
қоректену кернеуінің ауытқу әсерімен сипатталады, әдетте 10 – 100мкВВ
құрайды. Сондықтан дрейдті құрастырушыны минимизациялау қажет болса, онда
қоректену кернеуін бірнеше милливольтқа дейін нақты түрде қамтамасыз ету
керек.
Келесіде нольдің жылжу кернеуі нольге тең және компенсацияланған деп
есептеледі. Сонда (1.1) формуласы келесі түрде болады:
Ua = AD UD = AD (UP - UN )

Солай тұра операциялық күшейткіштің шығыс кернеуі, динамикалық
диапазоны шектерінде, кіріс кернеулердің әртүрлілігіне пропорционал болады.
Егер Р және N кірістеріне бірдей кернеу UGl берілсе, онда Uв нольдік
мәнін өзгертпейді. (1.2) формуласы бойынша шығыс кернеу Uа сәйкесінше
нольге тең болуы керек. Бірақ реалды дифференциалдық күшейткіштерге ол
толық сәйкес келмейді, басқаша айтқанда синфазды сигналдың күшейту
коэффициенті:
АGl = ΔUа Δ UGl
нольге міндетті түрде емес болуы мүмкін. Кіріс синфазалық сигналдың
кейбір үлкен дерлік мәндерінде тез ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.