Аналог микро схем гэж юу вэ. Аналог нэгдсэн хэлхээ. Дуу хураагч ба электрофонд зориулсан микро схемийн цуврал

Олшруулах гэх мэт аналог дохиог үржүүлэх нь цахилгаан дохиог боловсруулах үндсэн үйлдлүүдийн нэг юм. Үржүүлэх үйлдлийг гүйцэтгэхийн тулд тусгай IC-ийг боловсруулсан - аналог дохионы үржүүлэгч (ASM). PAS нь оролтын дохионы өргөн динамик муж болон хамгийн өргөн давтамжийн мужид үнэн зөв үржүүлэлтийг хангах ёстой. Хэрэв PAS нь ямар ч туйлшралын дохиог үржүүлэх боломжийг олгодог бол дохионы аль нэг нь зөвхөн нэг туйлтай байвал тэдгээрийг хоёр квадрат гэж нэрлэдэг. Нэг туйлт дохиог үржүүлдэг үржүүлэгчийг нэг квадрант гэж нэрлэдэг. Хяналттай эсэргүүцэл, хувьсах налуу, логарифматор ба антилогарифматорын хэрэглээтэй элементүүдэд суурилсан янз бүрийн мэдэгдэж буй нэг ба хоёр квадрат PAS байдаг. Жишээлбэл, 7.7в-р зурагт үзүүлсэн элементүүдийн ажиллах горимыг өөрчилдөг зохицуулагчийг дифференциал оролтод хүчдэл өгсөн тохиолдолд үржүүлэгч болгон ашиглаж болно. у х, оронд нь E хяналторуулах чи у. Нөлөөллийн дор чи уСуурь нь хоёр дахь үржүүлсэн хүчдэлээр хангагдсан транзисторуудын дамжуулах шинж чанарын налуу өөрчлөгддөг. у х. Гаралтын хүчдэл байгааг харуулж болно Та гарч байна, тогтмол гүйдлийн транзисторуудын коллекторуудын хооронд устгагдсан, хамт R to 1 =R to 2 =R toтомъёогоор тодорхойлно

ОБ-тай хэлхээний дагуу холбогдсон BT-ийн гүйдлийн өсөлт; ? Т- температурын боломж, ? Т=25.6 мВ.

Хэрэв у х<<? Т, дараа нь илэрхийлэл Та гарч байнахялбарчилж болно:

Нэг тогтмол гүйдлийн хамгийн энгийн үржүүлэгчийн сул тал нь оролтын дохионы маш бага динамик муж бөгөөд үржүүлгийн зөвшөөрөгдөх нарийвчлалыг хангадаг. Жишээлбэл, аль хэдийн цагт у х=0,1? ТҮржүүлэх алдаа 10% хүрдэг.

"Логарифм-антилогарифм" зарчим дээр суурилсан логарифмын үржүүлэгчид бага алдаатай үржүүлсэн хүчдэлийн илүү өргөн динамик хүрээг хангадаг. Ийм PAS-ийн диаграммыг Зураг 7.23-т үзүүлэв.

Зураг 7.23. Логарифмын үржүүлэгч

Энд DA 1 ба DA 2 оролтын хүчдлүүд нь оролтын хүчдэлийн логарифмыг авдаг бөгөөд DA 3-ийг нэмэгч болгон ашигладаг бөгөөд гаралтын хүчдэл нь дараахтай тэнцүү байна.

У 0 = к 1 (ln у х+ln чи у) = к 2 лн у х у у.

DA 4 op amp ашиглан антилогарифмийг гүйцэтгэнэ

Та гарч байна = к 3 антин У 0 = к 3 у х у у

Эдгээр илэрхийлэл нь нэг вольт хүртэл хэвийн хүчдэлийг ашигладаг гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Пропорциональ байдлын коэффициентүүд к 1 , к 2 , к 3-ыг ашигласан op-amps-ийн OOS хэлхээнд оруулсан эсэргүүцлийн элементүүдээр тодорхойлно. Ийм PAS-ийн том сул тал бол үйлдлийн давтамжийн хүрээ нь оролтын дохионы далайцаас хүчтэй хамааралтай байдаг. Тиймээс, хэрэв 10В-ийн оролтын хүчдэлтэй бол үржүүлсэн хүчдэлийн дээд давтамж нь 100 кГц байж болох юм бол 1V-ийн оролтын хүчдэлтэй үед ажиллах давтамжийн зурвас 10 кГц хүртэл нарийсдаг.

Логарифм ба антилогарифмын зарчмыг шугаман байдал, өргөн зурвасын, температурын тогтвортой байдал зэрэг хамгийн сайн багц параметр бүхий одоогийн нормчлол бүхий дөрвөн квадрантын PAS барих хамгийн түгээмэл аргад ашигладаг. Тэд ихэвчлэн дифференциал оролттой байдаг бөгөөд энэ нь тэдний үйл ажиллагааг өргөжүүлдэг. Одоогийн нормчлол бүхий үржүүлэгчийг нэгдсэн хагас дамжуулагч технологийг ашиглан хийдэг.

525PS1 төрлийн гүйдлийг хэвийн болгох PAS IC-ийн хялбаршуулсан хэлхээний диаграммыг Зураг 7.24-т үзүүлэв.

Энэхүү төхөөрөмж нь VT 7, ..., VT 10 транзисторуудыг ашиглан нарийн төвөгтэй дифференциал каскадыг агуулдаг. Эдгээр транзисторуудын коллекторуудын хөндлөн холболт нь дөрвөн квадратын үржүүлэхэд шаардлагатай дохионы урвуу байдлыг хангадаг. VT 3, ..., VT 6 ба VT 11, ..., VT 14 транзистор дээрх оролтын үе шатууд оролтын хүчдэлийг хувиргадаг. у хТэгээд чи уурсгал руу. Диодоор холбогдсон VT 1 ба VT 2 транзисторуудын тусламжтайгаар Y оролтын гүйдлийн дохиог логарифмжуулж, VT 7, ..., VT 10 транзисторыг ашиглан өсгөгчөөр X дохиогоор үржүүлнэ.

Зураг 7.24. 525PS1 үржүүлэгч IC-ийн хялбаршуулсан схем

Харж байгаа төхөөрөмжид оролт ба гаралтын дохионы хоорондох холболтыг одоогийн харьцаагаар илэрхийлж болно. Үржүүлэгчийн гаралтын гүйдлийг хамаарлаар тодорхойлно

Хаана I XТэгээд Би Ю- резистороор урсах гүйдэл R XТэгээд Р Ю; IpXТэгээд Би pY- X ба Y суваг дахь ажлын гүйдэл.

Ачааллын эсэргүүцлийн аль нэгээс хасагдсан гаралтын хүчдэл нь тэнцүү байна

Хэмжээний хүчин зүйл.

Зураг 7.24-т үзүүлсэн R 1 ба R 2-оос бусад бүх резисторууд нь гаднах байна. Тэдний сонголт нь PAS-д тавигдах тусгай шаардлагаас хамаарна.

Оролтын хүчдэл тэгтэй тэнцүү байх үед PAS гаралт дээр тэг хүчдэл авахын тулд R 4 ба R 5 хувьсах резисторуудыг ашиглан тохируулга хийдэг. Хэрэв үржүүлэгч нь оролтын аль нэг дохионы зөвхөн нэг туйлшралаар ажилладаг бол түүнийг хэвийсэн гэж нэрлэдэг. Дөрвөн квадрантын PAS-ийг хазайлттай болгохын тулд оролтын аль нэгэнд ийм тогтмол хазайлт хийхэд хангалттай бөгөөд энэ оролтын дохио нь хэвийсэн хүчдэлээс үргэлж бага байдаг.

Тиймээс та ихэвчлэн буулт хийж, op-amp-ийг бага (түүний хувьд) хүчдэлээр тэжээх хэрэгтэй. Орчин үеийн ихэнх оп-амперууд нь 3 В-оос дээш (±1.5 В) тэжээлийн хүчдэлтэй ажилладаг бөгөөд зөвхөн K574 цувралууд нь 5 В-оос дээш хүчдэлтэй байдаг. Түүнчлэн, ялангуяа бага хүчдэлд (5 В) ашиглахад зориулагдсан. ) дижитал технологи, LM2901 цувралын оп-амперууд мөн үйлдвэрлэгддэг... LM2904: тэдгээрийн параметрүүд нь 5 В-ын тэжээлийн хүчдэлд хамгийн тохиромжтой бөгөөд ажиллагаа нь 3...30 В-ийн "стандарт" мужид хэвээр байна. op-amp болон харьцуулагчийн ажиллахад шаардлагатай тэжээлийн хүчдэлийн тал хувийг хүчдэл хуваагч ашиглан "хийж" болно.

Өөр нэг асуудал бол түвшний зохицуулалт юм. Аналог микро схемийн оролтод дижитал дохио, ялангуяа микро схемийн гаралтын дохиог хангах боломжгүй (тэдгээрийн гаралтын хүчдэлийн далайц нь тэжээлийн хүчдэлтэй тэнцүү). Үүнийг дээр илүү дэлгэрэнгүй авч үзсэн бөгөөд та дижитал гаралтын дохионы далайцыг хүчдэл хуваагч ашиглан багасгаж болно.

Тоон горимд ажилладаг аналог төхөөрөмжийн гаралтын дохио нь ердийн дижитал үйл ажиллагаанд хангалттай далайцтай байдаг боловч энэ талаар "гажиг" байдаг. Зарим аналог микро схемүүд нь бүртгэлийн түвшинтэй байдаг. “0” нь нийтлэг утастай (сөрөг тэжээлийн оролт холбогдсон) +2.1…2.5 В-тэй тэнцүү гаралтын хүчдэлтэй тохирч байгаа бөгөөд TTL хэлхээ болон зарим сэлгэн залгах хүчдэл 1.4…3.0 В байна. Дараа нь боломжтой. ийм аналогийг ашиглан бүртгэлийн түвшинг тогтоох. Дээр дурдсан тоон оролтод "0" байх боломжгүй. Гэхдээ бүртгэлийн түвшинг тохируулснаар. Дижитал оролтод "1" байгаа тул асуудал бараг гардаггүй. Иймд хоёр гаралт байдаг: эсвэл энгийн утастай (Зураг 2.8, o) харьцангуй "-U" оролтод зөвхөн аналоги жижиг сөрөг хүчдэл (-2...-3 В) хэрэглэнэ, үүнийг ашиглан үүсгэж болно. гаралт холбогдсон аливаа генератор - (Зураг 2.8, б); R нь шаардлагатай бөгөөд ингэснээр op-amp-ийн гаралтын хүчдэл нь нийтлэг утсан дээрх хүчдэлээс бага байвал дижитал микро схемийг (TTL) гэмтээхгүй, хамгаалалтын нэгийг () хэт ачаалахгүй байхын тулд энэ нь 1 кОм байж болно. 100 кОм хүртэл. Хоёрдахь гаралтыг аналог ба дижитал микро схемийн хооронд байрлуулна (Зураг 2.8, в): энэ тохиолдолд дижитал оролтын хүчдэл нь бүртгэлийн түвшинд мөн буурах болно. "1" нь чухал биш бөгөөд хүчдэлийн түвшин нь лог юм. "0" нь бидэнд хэрэгтэй зүйл юм.

Харьцуулагчийн гаралтыг ихэвчлэн нээлттэй коллекторын хэлхээний дагуу хийдэг (Зураг 2.8, d), тиймээс дижитал хэлхээг хянахын тулд харьцуулагчийг ашиглахдаа "татах" шаардлагатай (үүнийг харьцуулагч гаралт ба "харьцуулагчийн гаралт" хооронд холбодог. +U” автобус). TTL хэлхээнд эдгээрийг оролт бүрт дотор нь суулгадаг бол хэлхээнд "гадна" суулгах шаардлагатай. Харьцуулагчийн "дотор" татах резистор хэзээ ч байдаггүй.

Харьцуулагчийн гаралтын транзисторын шилжилт дээрх хүчдэлийн уналт (Зураг 2.8, d) 0.8...1.0 В-оос хэтрэхгүй тул тоон хэлхээг удирдахад асуудал хэзээ ч гардаггүй. Харьцуулагчийн гаралтыг нээлттэй коллекторын хэлхээний дагуу хийдэг тул харьцуулагчийн тэжээлийн хүчдэл ("+U") нь дижитал тэжээлийн хүчдэлээс их эсвэл бага байж болно - хэлхээнд өөрчлөлт оруулах шаардлагагүй. Энэ тохиолдолд "татах" нь харьцуулагчийн гаралт ба дижитал хэсгийн "+U" автобусны хооронд холбогдсон байх ёстой.

Өөрийнхөө тэжээлийн хүчдэлийн утгыг хянаж, нормоос их, бага болмогц асдаг тийм нэгийг бий болгох хэрэгтэй гэж бодъё.

Эхлээд дижитал микро схем дээр үндэслэн нэгийг бүтээхийг хичээцгээе. Мэдэгдэж байгаагаар дижитал шилжих хүчдэл нь тэжээлийн хүчдэлээс маш сул байдаг тул тэжээлийн хүчдэлийг хянахын тулд логик элементийн оролтыг тэжээлийн автобусаар шууд холбож болно (Зураг 2.10, а). Энэ хэлхээнд доод хэсэг нь тэжээлийн хүчдэл буурахад хариу үйлдэл үзүүлдэг (дараа нь түүний гаралтыг "нэг" гэж тохируулна), дээд хэсэг нь нэмэгдэхэд хариу үйлдэл үзүүлдэг - энэ тохиолдолд DD1.2 элементийн гаралтыг тохируулна. бүртгэлийн түвшин. "1". Хоёр сувгийн гаралтын дохиог "2OR" диодын хэлхээгээр нэгтгэж, гаралтын аль нэгэнд "нэг"-ийг тавихад DD1.4 гаралт дээр логийн түвшинг тогтооно. "0" нь генераторыг ажиллуулах боломжийг олгодог.

Хэрэв олон оролттой бол энэ хэлхээг хялбарчилж болно (Зураг 2.10, b). Эдгээр схемүүдэд DD1.2 (Зураг 2.10, а)

Цагаан будаа. 2.10. Хүчдэлийн хяналтын төхөөрөмжүүд: a - инвертер дээр; б - логик элементүүд дээр сайжруулсан; c - аналог микро схемүүд нь "оролт" элементүүдийн аль нэгийг ашигладаг - үүний ачаар нэмэгч шаардлагагүй болно. Эдгээр нь хэрхэн ажилладагийг та өөрөө олж мэднэ гэж найдаж байна.

Эдгээр хэлхээний аль нэгийг угсарсны дараа тэжээлийн хүчдэл хэвийн хэмжээнд байх үед хэлхээний зарцуулсан гүйдэл хэдхэн микроамперээс хэтрэхгүй боловч хэвийн хязгаарт ойртох үед хэдэн мянган удаа огцом нэмэгдэж байгааг анзаарах болно. Гүйдлээр дамжин үүссэн. Нийлүүлэлтийн хүчдэлийг өөрчилснөөр энэ нь асах болно (хэрэв тэжээлийн хүчдэл импульс байвал эхлээд долгион долгионоор "шуугих" болно) ба хэсэг хугацааны дараа тэжээлийн хүчдэл илүү их өөрчлөгдвөл хэлхээнд зарцуулсан гүйдэл буурч эхэлнэ.

Хэрэв танд ийм "заль мэх" хэрэггүй бол тэдгээрийг хэлхээ эсвэл op-amp-д оруулаарай. Хэрэв энэ нь бүртгэлийн түвшингээр эхлүүлсэн бол. "O" нь илүү тохиромжтой: тэдгээрийн гаралтыг хооронд нь холбож (та үүнийг op-amp-ээр хийж чадахгүй!) болон нийтлэг "татах" резистороор "хийх" боломжтой. Гэхдээ хэрэв энэ нь "нэг" болж эхэлбэл op-amp нь илүү тохиромжтой: та "зогсоол" горимд гүйдэл дамждаг 2 резисторыг хэмнэх болно (хүчдэл хэвийн хязгаарт байгаа тохиолдолд).

Дээр дурдсанаас ялгаатай нь ийм хэлхээ нь лавлагаа хүчдэлийн эх үүсвэрийг шаарддаг. Хамгийн хялбар арга бол резистор ба zener диод эсвэл гүйдлийн генератор ба резистор (эсвэл zener диод) ашиглан угсрах явдал юм. Zener диод бүхий резисторын сонголт нь хамгийн хямд боловч ихэнх zener диодууд нь хэдэн миллиамперийн гүйдэл дамжин өнгөрөхөд л хэвийн ажиллаж эхэлдэг бөгөөд энэ нь бүхэл системийн эрчим хүчний зарцуулалтад нөлөөлдөг. Гэсэн хэдий ч орчин үеийн жижиг хэмжээтэй дотоодын үйлдвэрүүд 10 мкА гүйдэлтэй хүчдэлийг тогтворжуулж эхэлдэг. Одоогийн генератор () дээр үндэслэн тогтворжуулах хамгийн бага гүйдэл нь ямар ч байж болно.

Бага ачаалахын тулд бид түүний гаралтыг харьцуулагчийн оролттой шууд холбоно (орчин үеийн оп-ампер ба харьцуулагч нь ач холбогдол багатай бөгөөд 0.1 мкА-аас ихгүй), бид "зохицуулах" шүргэгчийг ижил аргаар асаана. дээр дурдсан хэлхээнд. Үр дүн нь Зураг дээр үзүүлсэн зүйл юм. 2.10, in; Эдгээр хэлхээний гаралттай хэн ч холбогдож болно. Хэрэв та хэлхээнд дөрвөлжин ампер () ашигладаг бол тэдгээрийг "чөлөөт" элементүүд дээр угсарч болно.

Одоо хэлхээний аль нь (тоон эсвэл аналог-тоон) илүү сайн болохыг шийдэхийн тулд тэдгээрийн шинж чанарыг харьцуулж үзье.

Таны харж байгаагаар схемүүд хоёулаа давуу болон сул талуудтай бөгөөд нэг давуу тал нь нөгөөгийнхөө сул талыг хамардаг ба эсрэгээр. Тиймээс, дижитал дохио нь тоон дохио, аналог дохио нь аналог дохиогоор ажилладаг "зөв" хэлхээний дагуу өөрийн гараар угсрах гэж бүх хүчээ дайчлах шаардлагагүй; Заримдаа зураг дээрх шиг элементүүдийг стандарт бус оруулах. 2.10, a ба 2.10.6 нь эд анги, цахилгаан эрчим хүчийг хэмнэх боломжийг танд олгоно. Гэхдээ стандарт бус оруулгатай бол та маш болгоомжтой байх хэрэгтэй: энэ горимын ихэнх элементүүд тогтворгүй бөгөөд өчүүхэн нөлөөний дор тэд "цохих" эсвэл бүр бүтэлгүйтэх боломжтой. Туршлагатай радио сонирхогчид ч гэсэн элементүүдийг стандарт бусаар асаах үед үйл явдлын хөгжлийг урьдчилан таамаглахад маш хэцүү байдаг тул зөвхөн нэг эсвэл өөр "стандарт бус" -ын гүйцэтгэлийг (эсвэл ажиллахгүй) тодорхойлох боломжтой. макет. Үүний зэрэгцээ та хэлхээний зарцуулсан гүйдэл болон таны сонирхлыг татдаг бусад шинж чанаруудыг олж мэдэхээс гадна бие даасан элементүүдийн үнэлгээг тохируулах боломжтой болно.

Электроникийн түүхэнд онцгой байр суурийг "таймер 555" буюу зүгээр л "555" гэж нэрлэдэг (энэ чипийг бүтээсэн компани үүнийг "ΝΕ555" гэж нэрлэсэн, тиймээс нэр). Энэ нь энгийн, бүх ухаалаг, аналог болон дижитал төхөөрөмжүүдийн хослол бөгөөд үүнээс болж түүний олон талт байдал нь гайхалтай юм. Нэгэн цагт (90-ээд оны эхээр) радио сонирхогчдын олон хэвлэлд "555 таймерын шинэ хэрэглээ гаргая" гэсэн багана гарч байсан бөгөөд энэ номын хуудаснаас илүү үүнийг асаах стандарт схемийг санал болгосон.

Мөн энэ нь (үйл ажиллагааны зарчим) маш энгийн: гадаад аналог (дижитал биш!) модуляцын дохионы нөлөөн дор давтамж, ажлын мөчлөг, гаралтын дохионы үргэлжлэх хугацаа өөрчлөгддөг.

Шугаман ба импульс гэсэн хоёр төрөл байдаг. Шугаман (далайц, давтамж, фаз гэх мэт) нь зөвхөн радио нэвтрүүлэгт ашиглагддаг тул энд авч үзэхгүй. Импульсийн өргөн (PWM) ба импульсийн фазын (PPM) төрлүүд байдаг. Тэд бие биенээсээ бараг ялгаатай байдаггүй тул үүнийг хийх боломжгүй байдаг - эцэст нь тэд хоёр өөр нэр гаргаж ирвэл энэ нь хэн нэгэнд хэрэгтэй гэсэн үг юм. Эдгээр нь PIM-ийн хувьд гаралтын дохионы давтамж өөрчлөгдөөгүй (жишээлбэл, импульсийн үргэлжлэх хугацаа X дахин ихэсвэл түр зогсолтын үргэлжлэх хугацаа X дахин багасах болно), харин PWM-ийн хувьд энэ нь өөрчлөгддөг (хэрэв аль нэгнийх нь үргэлжлэх хугацаа) гэдгээрээ ялгаатай. Хагас мөчлөг - импульс эсвэл түр зогсолт - үргэлж ижил байдаг бөгөөд нөгөө нь модуляцын хүчдэлтэй хамт цаг хугацааны хувьд өөрчлөгддөг).

Бид зургийн хажууд байрлах диаграммыг ашиглан модуляторуудын ажиллагааг авч үзэх болно. 555 таймерын модуляцын дохиог REF оролтод ашиглах нь маш тохиромжтой (555 таймерын энэ оролт нь яг үүнд зориулагдсан; та бусад микро схемийн REF оролтод "модуляцлах" дохиог оруулах боломжгүй!), ихэвчлэн юу хийдэг.

FIM-ээс эхэлье. Энэ нь ердийн генератороос бараг ялгаагүй бөгөөд PPM гаралтын импульсийн давтамжийг генераторын томъёогоор тооцоолдог. Гэхдээ "генератор" -ын REF оролтод гадны хүчдэл хэрэглэвэл юу болохыг харцгаая.

Диаграммуудаас харахад модуляцлах хүчдэлийн нөлөөн дор, эсвэл хэрэв хэн нэгэн энэ нэр томъёоны мөн чанарыг мартсан бол импульсийн үе (лог. “1” + лог. “O”) -ийн харьцаа. импульсийн үргэлжлэх хугацаа (лог. “1”) өөрчлөгдөнө. Тэгээд ийм зүйл тохиолддог.

REF оролтод гадны хүчдэл байхгүй үед түүн дээрх хүчдэл нь тэжээлийн хүчдэлийн 2/3, 2-той тэнцүү, өөрөөр хэлбэл импульсийн үргэлжлэх хугацаа нь түр зогсоох хугацаатай тэнцүү байна. Үүнийг онолын тооцооллыг ашиглан шалгахад хялбар байдаг: түвшин нь бүртгэл юм. Генераторын гаралтын "O" нь R ба S оролтын хүчдэл нь "U cc" шинтэй харьцуулахад 1/3 U cc-тэй тэнцүү болсны дараа л үүснэ. "1" - оролтын хүчдэл нь нийтлэг утастай харьцуулахад 2/4 U cc-тэй тэнцүү болсны дараа. Аль ч тохиолдолд давтамж тохируулах резистор R1 дээрх хүчдэлийн уналт ижил тул импульс ба түр зогсолтын үргэлжлэх хугацаа ижил байна.

Гадны дохионы нөлөөн дор REF оролтын хүчдэл буурч байна гэж бодъё. Дараа нь таймер харьцуулагч хоёрын шилжих хүчдэл мөн буурах болно - жишээлбэл, 1/4 ба 2/4 хүртэл. Дараа нь түвшин нь бүртгэл юм. "1" нь лог болж өөрчлөгдөнө. Давтамж тохируулах конденсатор дээрх хүчдэл 1/4 U cc-ээс 2/4 U cc хүртэл нэмэгдсний дараа таймерын гаралтын "O" нь лог юм. "O" нь бүртгэлийн түвшингээр солигдоно. 2/4 U cc-ээс 1/4 U cc хүртэл буурсаны дараа "1". Эхний тохиолдолд давтамж тохируулагч резистор дээрх хүчдэлийн уналт нь хоёр дахь (2.5 В - 5.0 В) -ээс их (U cc = 10 В үед 7.5 В-оос 5.0 В хүртэл өөрчлөгддөг) байгааг анзаарахад хялбар байдаг. , хэрэв бид Ohm-ийн хуулийг эргэн санавал эхний тохиолдолд урсах гүйдэл нь хоёр дахь үеийнхээс 2 дахин их байх болно, өөрөөр хэлбэл лог түвшинд байна. Таймерын гаралтын "1" нь цэнэггүйгээс 2 дахин хурдан цэнэглэгдэнэ - бүртгэлийн түвшинд. "0". Өөрөөр хэлбэл, импульсийн үргэлжлэх хугацаа нь түр зогсолтын хугацаанаас 2 дахин бага бөгөөд хүчдэл буурах тусам REF улам бүр буурах болно.

Оролтын хүчдэл нэмэгдэхийн хэрээр REF нэмэгдэж эхлэх бөгөөд 2/3 U cc-ээс хэтэрмэгц импульсийн үргэлжлэх хугацаа түр зогсолтын хугацаанаас урт болно гэдгийг анхаарах нь логик юм.

Ийм модулятор дээр үндэслэн янз бүрийн импульсийг угсрах нь маш тохиромжтой. Хамгийн энгийн C4 хурдан цэнэглэгддэг. Түүний хүчдэл R7 резисторын тогтоосон утгад ойртож эхлэхэд VT3 бага зэрэг нээгдэж, REF DA1 оролтын хүчдэл буурч, генераторын гаралтын импульсийн үргэлжлэх хугацаа буурна. C4 дэх генераторын хэлбэлзлийн мөчлөг бүрт VT1 ба VT2-ээр дамжих үед эцэст нь динамик тэнцвэр үүсэх хүртэл бага, бага энерги "шахах" болно: C4 нь ачаалалд өгдөгтэй яг ижил хэмжээний энергийг хүлээн авдаг. үүн дээрх хүчдэл өөрчлөгдөөгүй хэвээр байна. Хэрэв ачааллын гүйдэл гэнэт нэмэгдвэл конденсатор дээрх хүчдэл бага зэрэг буурах болно ("ачаалал нь тэжээлийн эх үүсвэрийг "багалах"), VT3 бага зэрэг хаагдах ба импульсийн үргэлжлэх хугацаа нь лог болно. Генераторын гаралтын "1" нь дахин динамик тэнцвэрт байдалд хүрэх хүртэл нэмэгдэнэ. Ачааллын гүйдэл буурах үед импульсийн үргэлжлэх хугацаа эсрэгээр буурна.

Динамик тэнцвэрийг жинхэнэ тэнцвэртэй андуурч болохгүй. Сүүлийнх нь жишээлбэл, ижил масстай жинг хоёр жин дээр байрлуулах үед тохиолддог; Ийм тэнцвэрт байдал нь маш тогтворгүй бөгөөд аливаа жингийн массыг бага зэрэг өөрчлөх замаар үүнийг эвдэх нь маш хялбар байдаг. Электроникийн ертөнцийн жинхэнэ тэнцвэрийн зүйрлэл бол хүчдэлийг бууруулахын тулд өндөр хүчдэлийн эх үүсвэрийг ашиглан бага хүчдэлийн төхөөрөмжийг тэжээх явдал юм. Хэлхээнд зарцуулсан гүйдэл тогтмол байвал түүн дээрх хүчдэл нь мөн тогтмол байна. Гэхдээ зарцуулсан гүйдэл нэмэгдэх тусам хэлхээний хүчдэл буурдаг - тэнцвэр алдагддаг.

Тиймээс орчин үеийн бүх цахилгаан хангамжийн хэлхээнд (зөвхөн тэдгээрт төдийгүй) динамик тэнцвэрийн зарчим хэрэгждэг: нэг хэсэг нь (үүнийг "OOS хэлхээ" гэж нэрлэдэг - энэ нэр томъёо нь танд аль хэдийн танил болсон) гаралтын дохиог хянадаг. төхөөрөмж, үүнийг жишиг дохиотой харьцуулна (Зураг 2.14-ийн хэлхээнд "лавлагаа хүчдэл" - транзистор VT3-ийн гох хүчдэл; энэ нь тийм ч тогтвортой биш, гэхдээ бидэнд илүү нарийвчлал шаардагдахгүй; хадгалах нарийвчлалыг нэмэгдүүлэх. гаралтын хүчдэлийн тогтмол, бид үүнийг op-amp дээрх инвертерээр (k ycU ба 20...50) сольж болох бөгөөд хэрэв хоёр дохио нь хоорондоо тэнцүү биш бол төхөөрөмжийн гаралтын хүчдэлийг өөрчилнө тэдгээр нь давхцах хүртэл зохих чиглэл.

Энэ хэлхээнд OOS хэлхээнд зөвхөн каскад байрлуулж болох тул (зөвхөн ийм, тэр ч байтугай үнэтэй op-amp нь хүчдэлийн дохиог өсгөж чадна; гаралтын хүчдэлийн тогтвортой байдлыг нэмэгдүүлэхийн тулд энэ хэлхээнд k ycU байх ёстой. чухал ач холбогдолтой), дараа нь хөдөлгүүрийн резистор R7 дээрх хүчдэл нэмэгдэх тусам бүтцээс үл хамааран REF оролтын хүчдэл буурах болно (энэ нь хэвийн ажиллахгүй болно.

Тиймээс би бага зэрэг хууран мэхлэх хэрэгтэй болсон: DA1 гаралт дээр транзистор (VT1) дээр завсрын шатыг тавьж, энэ транзистороос pnp бүтцийн цахилгаан транзисторыг (VT2) удирдах дохиог арилга. Үнэн бол шинэ асуудал үүссэн: суурь ялгаруулагч транзисторуудын багтаамж нь "шүгэлээр" цэнэглэгддэг боловч маш удаан цэнэггүй болдог. Үүнээс болж энэ нь огцом нээгддэг (энэ нь зайлшгүй шаардлагатай), маш жигд хаагддаг бол коллектор-эмиттерийн терминал дахь хүчдэлийн уналт аажмаар нэмэгдэж, дулаан хэлбэрээр ялгарах хүч огцом нэмэгддэг. Тиймээс транзисторыг унтраах үйл явцыг хурдасгахын тулд бид бага эсэргүүцэлтэй R4 ба R6 суулгах шаардлагатай болсон. Тэдгээрийн улмаас өндөр гаралтын гүйдлийн үед өсгөгчийн үр ашиг нь тэдгээргүйгээр (VT2 транзисторын радиаторыг халаахад эрчим хүчний алдагдал багасдаг), бага (200 мА-аас бага) үед бага байдаг: зөвхөн дараа нь. Өөр хэд хэдэн хүндрэлүүд: энэ нь нэмэлт түлхэц өгөх импульс шаарддаг. Энэ бол FIM ба PWM хоёрын үндсэн ялгаа юм.

Энэ нь хэрхэн ажилладагийг диаграммуудаас тодорхой харж болно. Ийм модуляторын гох импульсийн үргэлжлэх хугацаа (Зураг 2.12) аль болох богино байх ёстой, наад зах нь C1-ийг R оролтын сэлгэн залгах хүчдэлд цэнэглэх үед бүртгэлийн түвшинг аль хэдийн тохируулсан байх ёстой. S оролт. "1" нь хэсэг хугацаанд (импульсийн үргэлжлэх хугацааны 1/100 орчим) байх ёстой бөгөөд ингэснээр C1 цэнэггүй болох боломжтой болно. Үгүй бол өөрөө өдөөлт нь хэлхээнд ашигласан хамгийн их ажлын давтамжтай ойролцоо давтамжтай байж болно.

Логик системийн синтез дэх дахин програмчлагдах логик нэгдсэн хэлхээний (FPGA) ач холбогдлыг хэт үнэлэхэд хэцүү байдаг. Элемент суурь болон компьютерийн тусламжтайгаар дизайны системийг цогцоор нь хөгжүүлснээр нарийн төвөгтэй логик системийг урьд өмнө байгаагүй богино хугацаанд, хамгийн бага материаллаг зардалтайгаар хэрэгжүүлэх боломжтой болгодог. Тиймээс аналог системийг зохион бүтээх, үйлдвэрлэхэд ижил төстэй үр дүнд хүрэх хүсэл нь ойлгомжтой юм. Гэсэн хэдий ч энэ чиглэлд хийсэн олон оролдлого нь хүлээгдэж буй үр дүнг авчрахгүй байгаа бөгөөд програмчлагдсан аналог IC (PAIS) ба матриц аналог IC (MABIS) нь бүх нийтийнх болж чадаагүй байна.

Програмчлагдах аналог LSI-г боловсруулахад тулгарч буй асуудлууд

Бүх логик системүүд нь Boole алгебрын сайн хөгжсөн математикийн төхөөрөмж дээр суурилснаар FPGA дээр логик системийг зохион бүтээх чиглэлээр хурдацтай ахиц дэвшил гарсан. Энэхүү онол нь дурын логик функцийг бүтээх нь зөвхөн нэг энгийн операторын дараалсан найрлагаар боломжтой гэдгийг батлах боломжийг олгодог - логик БА-БИШ (эсвэл-БИШ). Өөрөөр хэлбэл, ямар ч хатуу логик системийг зөвхөн нэг төрлийн элементүүдээс, жишээ нь NAND-аас зохион бүтээж болно.

Аналог системийн хэлхээний диаграммыг зохион бүтээх (нийлэгжүүлэх), дүн шинжилгээ хийх (задлах) талбарт байдал огт өөр байна. Аналог электроникийн хувьд анализ, синтезийн асуудлыг нэгдмэл арга зүйн байр сууринаас шийдвэрлэх боломжийг олгодог нийтээр хүлээн зөвшөөрөгдсөн математикийн төхөөрөмж байхгүй хэвээр байна. Энэ үзэгдлийн шалтгааныг аналог электроникийн хөгжлийн түүхээс хайх хэрэгтэй.

Эхний үе шатанд аналог төхөөрөмжүүдийн хэлхээг функциональ зангилааны аргын үзэл баримтлалын дагуу боловсруулсан бөгөөд түүний гол санаа нь нарийн төвөгтэй хэлхээний диаграммыг зангилаа болгон хуваах явдал байв. Зангилаа нь бүлэг элементүүдээс бүрдэх ба маш тодорхой үүрэг гүйцэтгэдэг. Хосолсон үед зангилаанууд нь блок, самбар, шүүгээ, механизм үүсгэдэг - i.e. төхөөрөмжүүд гэж нэрлэгддэг зарим нэгдмэл бүтэц. Төхөөрөмжүүдийн хослол нь системийг бүрдүүлдэг. Функциональ зангилааны арга нь системийн үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь зангилаа байх ёстой гэж үздэг бөгөөд тэдгээрийн гол үүрэг нь маш тодорхой функцийг гүйцэтгэх явдал юм.

Тийм ч учраас функциональ байдлыг зангилааг ангилах шалгуур болгон авсан, өөрөөр хэлбэл зангилаа нь ямар нэг функцийг гүйцэтгэдэг. Гэсэн хэдий ч электроник хөгжихийн хэрээр маш олон тооны тусгай зориулалтын болон тусгаарлагдсан функцууд (тиймээс зангилаанууд) байсан. Нарийн төвөгтэй системийг нэгтгэхэд шаардлагатай тэдгээрийг багасгах, нэгтгэх аливаа боломж алга болсон. Тийм ч учраас матрицын аналог LSI (MABIS) болон дахин програмчлагдах аналог интеграл хэлхээний (PAIS) хөгжилд саад тотгор учруулсан бөгөөд одоо ч саад болж байна.

Програмчлагдах аналог хэлхээний салбарын байдлыг Орос, гадаадын тэргүүлэх компаниудын хөгжилд дүн шинжилгээ хийх замаар ажиглаж болно. Тиймээс NIITT ХК болон Ангстрем үйлдвэрийн мэргэжилтнүүд Rul төрлийн N5515ХТ1, Н5515ХТ101 төрлийн аналог дижитал BMC (үндсэн матрицын талстууд) боловсруулж, үйлдвэрлэхэд анхаарлаа төвлөрүүлж, мэдээлэл цуглуулах, хянах, хянах систем, эмнэлгийн тоног төхөөрөмж, хяналтын систем.

Эдгээр BMK-ийн дизайн нь аналог болон дижитал матрицыг агуулдаг. Дижитал матриц нь 115 тоон суурь нүдийг (230 2N-БИШ хаалга) агуулдаг бөгөөд тэдгээр нь нэг мөрөнд 23 нүдтэй таван эгнээнд байрладаг. Аналог матриц нь 9 нүдтэй хоёр эгнээнд байрлуулсан 18 аналог үндсэн эсийг нэгтгэдэг. Аналог эсийн эгнээний хооронд хоёр эгнээ конденсатор (нэрлэсэн 17.8 pF), хоёр эгнээ диффузын резистор (тус бүр нь 24.8 кОм) байна. Аналог ба дижитал хэсгүүдийн хооронд 3.2 кОм эсэргүүцэлтэй цуврал байдаг.

BMK нь хоёр төрлийн аналог эсийг (A ба B) хангадаг. А төрлийн эсүүд нь 12 PRP, дөрвөн RLR тусгаарлагдсан коллектор транзистор, 38 олон товшилтын диффузийн резистороос бүрдэнэ. В төрлийн эсүүдэд дөрвөн lRL транзисторыг хоёр p-MOS транзистороор сольсон. А ба В төрлийн захын эсүүд тус бүр нь дөрвөн хүчирхэг LRL транзистор (В төрлийн эсүүдэд - тусгаарлагдсан коллектортой) ба хоёр туйлт транзисторыг агуулдаг.

Дижитал үндсэн эсүүд нь гурван төрлийн байдаг - дөрвөн l-MOS транзистор, дөрвөн p-MOS транзистор, нэмэлт хос хоёр туйлт транзистор. Нэмж дурдахад болорын захад дөрвөн хүчирхэг l-MOS ба r-MOS транзистор, мөн Дарлингтоны хэлхээний дагуу холбогдсон хоёр lrl транзистор агуулсан хүчирхэг дижитал эсүүд байдаг.

BMK-д зориулж стандарт аналог ба дижитал элементүүдийн сангуудыг боловсруулсан бөгөөд энэ нь BMK дээр суурилсан төхөөрөмжийг зохион бүтээх үйл явцыг ихээхэн хөнгөвчлөх, хурдасгах боломжийг олгодог. Эдгээр болон ижил төстэй BMK-ууд нь хоорондоо холбогдоогүй цахилгаан радио элементүүдийн (ERE) багцыг агуулдаг бөгөөд тэдгээрээс номын санд заасан хэд хэдэн функциональ нэгжийг авч болно. Ийм микро схемийн гол сул тал нь тухайн багц дахь цахилгаан эрчим хүчний элементүүдийн үнэлгээний тодорхой утгууд болон бусад шинж чанаруудаар хязгаарлагддаг маш нарийн хүрээ юм. Энэхүү багцад зориулж боловсруулсан, санал болгосон функциональ нэгжүүдийн чадавхийг чип дагалдах номын санд өгсөн болно.

Цагаан будаа. 1. ispPAC-10-ийн бүтэц

2000 оноос хойш Lattice Semiconductor нь ispPAC (System In-System Programmable Analog Circuit) гэр бүлийн программчлагдах аналог интеграл хэлхээг (PAIC) системд програмчлалын хамт үйлдвэрлэж байна. хэвлэмэл хэлхээний самбараас салгахгүйгээр. 2000 оны дундуур энэ гэр бүлийн гурван гишүүнийг үйлдвэрлэж эхэлсэн: ispPAC-Yu (Зураг 1), ispPAC-20 (Зураг 2) болон ispPAC-80. Эдгээр нь PAC-Designer багцыг ашиглан тохируулж, загварчлан, програмчлагдсан 60 хүртэлх идэвхтэй болон идэвхгүй элементүүдийг нэгтгэдэг.

ispPAC гэр бүлийн PAIS нь дараахь зүйлийг агуулна.

Матрицын тохиргоог хангах цуваа интерфэйсийн хэлхээ, регистр ба цахилгаанаар дахин програмчлагдах тогтворгүй санах ойн (EEPROM) элементүүд;
програмчлагдсан аналог эсүүд (PACcells) ба тэдгээрээс бүрдэх программчлагдах аналог блокууд (PACblocks);
харилцан холболтод зориулагдсан програмчлагдсан элементүүд (ARP - Аналог чиглүүлэлтийн сан).

Энэхүү цувралын архитектур нь дараахь зүйлийг агуулсан үндсэн эсүүд дээр суурилдаг: багажийн өсгөгч (IA); нэмэгч/интеграторын хэлхээг ашиглан хэрэгжүүлсэн гаралтын өсгөгч (OA); 2.5 В-ийн лавлах хүчдэлийн эх үүсвэр (ION); Хүчдэлийн гаралт ба хос харьцуулагч (CP) бүхий 8 битийн DAC. Боловсруулсан дохионы динамик хүрээг нэмэгдүүлэхийн тулд эсийн аналог оролт, гаралтыг (ION-ээс бусад) дифференциал хэлхээ ашиглан хийдэг. Хоёр DUT ба нэг VU нь PAC блок гэж нэрлэгддэг макроэллийг үүсгэдэг бөгөөд үүнд DUT-ийн гаралтууд нь VU-ийн нийлбэр оролтуудтай холбогддог. ispPAC-10 чип нь дөрвөн PAC блок, ispPAC-20 хоёрыг агуулдаг. ispPAC-20 нь DAC болон харьцуулагч эсүүдийг агуулдаг. Нүдэнд DUT-ийн өсөлтийг 1-ийн алхамаар -10-аас +10 хооронд, VU-ийн эргэх хэлхээнд - конденсаторын багтаамжийн утга (128 боломжит утгууд) ба асаах / унтраахаар програмчлагдсан болно. эсэргүүцэл.

Олон тооны IC үйлдвэрлэгчид аналог функцийг програмчлахын тулд "шилжсэн конденсатор" технологийг ашигладаг бөгөөд энэ нь нөхцөл байдлын дагуу шилждэг электрон унтраалга ашиглан давтамж тохируулах хэлхээний багтаамжийг өөрчлөх явдал юм.

Цагаан будаа. 2. ispPAC-20-ийн бүтэц

Lattice-ийн арга нь системийг дахин тохируулах явцад цахилгааныг унтраалгүйгээр өөрчлөх боломжтой цаг хугацааны тогтмол шинж чанартай хэлхээг ашиглахад суурилдаг. Энэ сайжруулалт нь эхний аргад шаардагдах нэмэлт дохионы боловсруулалтыг арилгадаг тул ач холбогдолтой юм.

Дотоод чиглүүлэлтийн хэрэгслүүд (Analog Routing Pool) нь микро схемийн оролтын зүү, макроэлементүүдийн оролт, гаралт, DAC гаралт ба харьцуулагч оролтыг хооронд нь холбох боломжийг олгодог. Хэд хэдэн макро эсүүдийг нэгтгэснээр интеграторын хэсгийг ашиглан 10-аас 100 кГц давтамжийн мужид тохируулж болох идэвхтэй шүүлтүүрийн хэлхээг байгуулах боломжтой.
Lattice-ийн ispPAC нь PAIS-тэй хамгийн ойр байдаг гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Тэдний цорын ганц дутагдал нь зөвхөн тохируулж болох идэвхтэй шүүлтүүрүүд төдийгүй нэлээд олон төрлийн аналог системийг зохион бүтээх боломжийг олгодог бүх нийтийн үндсэн элементүүдийн систем байдаггүй явдал юм. Яг энэ нөхцөл байдал нь Lattice Semiconductor-ийн ispPAC нь Altera, Xilinx зэрэг компаниудын FPGA-ийн аналог болохоос сэргийлдэг.

Ерөнхийдөө аналог микро схемийг боловсруулах, практик хэрэгжүүлэх талбар дахь нөхцөл байдалд дүн шинжилгээ хийхдээ хэд хэдэн ерөнхий дүгнэлтийг хийж болно.

Үйлдвэрлэлийн хэмжээнд хэрэгжсэн аналог микро схемийн дийлэнх хэсгийг интеграцийн зэрэглэлээр LSI гэж ангилах боломжгүй;
аналог LSI ба BMK нь тодорхой ангиллын төхөөрөмжийг зохион бүтээхэд зориулагдсан, жишээлбэл. тэдгээр нь бүх нийтийн биш юм;
Том аналог системийг зохион бүтээхдээ функциональ зангилааны арга давамгайлсан хэвээр байна (тухайлбал, телевизийн хүлээн авагчдад зориулсан тусгай IC багц).

FPGA болон MABIS-ийн нэгдсэн дизайны үндэс

Гэсэн хэдий ч аналог системүүдийн нэгдмэл хэлхээний дизайны үндэслэлийг боловсруулах ажил одоо ч гэсэн шийдэлтэй хэвээр байна, бид онолын хувьд үндэслэлтэй бөгөөд танилцуулсан санааг практикт хэрэгжүүлэх боломжит чиглэлийг харуулахыг хичээх болно.

Юуны өмнө та үндсэн элементүүдийн жижиг бүлгийг тодорхойлох боломжийг олгодог том аналог электрон системийн математик загварыг сонгох хэрэгтэй. Электрон хэлхээний анализ, синтезийн салбарт өнгөрсөн зууны жараад оны үед хүлээн зөвшөөрөгдсөн шугаман дифференциал тэгшитгэлийн системийн математик аппаратаас өөр хувилбар бараг байдаггүй. Гэсэн хэдий ч энэхүү аргачлалыг практикт ашиглах санаа нь бүх мэргэжилтнүүдийн анхаарлыг татаагүй байгааг анхаарна уу.

Дифференциал тэгшитгэлийн систем нь элементүүд, тэдгээрийн холболтуудаас бүрддэг бөгөөд тодорхой бүтэцтэй байдаг. Дифференциал тэгшитгэлийн элементийн үндсийг өнгөрсөн зууны эхний хагаст "автоматжуулалт" шинжлэх ухааны салбарын хүрээнд судалжээ. Энэ чиглэлээр дифференциал тэгшитгэлийн нэгдмэл байдал зэрэг давуу тал бий болсон: тэдгээрийн хэлбэр нь тодорхойлсон процессын загвараас хамаардаггүй. Гэсэн хэдий ч дифференциал тэгшитгэл бичих стандарт хэлбэрээр судалж буй систем дэх харилцааны мөн чанарын талаархи харааны мэдээлэл байдаггүй. Тиймээс автомат удирдлагын онолыг боловсруулах явцад дифференциал тэгшитгэлийн системийн бүтцийг янз бүрийн диаграмм хэлбэрээр нүдээр харуулах аргуудыг боловсруулсан.

20-р зууны 60-аад оны эцэс гэхэд динамик системийн загваруудын бүтцийн зохион байгуулалтын талаархи орчин үеийн үзэл бодол бүрэн боловсронгуй болсон. Системийн математик загварыг бий болгох нь түүнийг холбоос болгон хувааж, тэдгээрийн дараагийн тайлбараас эхэлдэг - аналитик байдлаар холбоосын оролт, гаралтын хэмжигдэхүүнийг холбосон тэгшитгэл хэлбэрээр; эсвэл графикаар шинж чанар бүхий мнемоник диаграмм хэлбэрээр. Тусдаа холбоосын тэгшитгэл эсвэл шинж чанарт үндэслэн системийн тэгшитгэл эсвэл шинж чанарыг бүхэлд нь эмхэтгэсэн болно.

Динамик системүүдийн холбоосыг ердийн байдлаар тодорхойлсон

Нэгжийн нэр	Холболтын тэгшитгэл y(t)=f(u(t))	Дамжуулах функц W(s)=y(s)/u(s)	Анхан шатны бүрэлдэхүүн хэсгүүд
Пропорциональ
Нэгтгэж байна	dy(t)/dt = ku(t); py = ku
Ялгах	y(t)=k·du(t)/dt; y = kpu
Апериодын 1-р дараалал
1-р тушаалыг албадах
Инерцийг нэгтгэх		W(s) = k/
Инерцийг ялгах		W(s) = ks/(Ts+1)
Изодромное		W(s) = k(Ts+1)/s
Тербелмт, консерватив, апериод 2-р дараалал	(T 2 p 2 +2ξTp+1)y = ku	W(s)=k/(T 2 p2+2ξTp+1)

Хэрэв функциональ диаграммын хувьд системийг гүйцэтгэсэн функцэд үндэслэн холбоосуудад хуваасан бол математикийн тайлбарын хувьд тайлбарыг олж авахад хялбар байдал дээр үндэслэн системийг хуваагдана гэдгийг анхаарна уу. Тиймээс холбоосууд нь аль болох энгийн (жижиг) байх ёстой. Нөгөөтэйгүүр, системийг холбоос болгон хуваахдаа холбоос бүрийн математик тайлбарыг бусад холбоосуудтай холболтыг харгалзахгүйгээр эмхэтгэх ёстой. Хэрэв холбоосууд нь үйл ажиллагааны чиглэлтэй бол энэ нь боломжтой юм - i.e. нөлөөллийг зөвхөн нэг чиглэлд, оролтоос гаралт хүртэл дамжуулах. Дараа нь аливаа холбоосын төлөвийн өөрчлөлт нь өмнөх холбоосын төлөвт нөлөөлөхгүй.

Хэрэв холбоосуудын үйл ажиллагааны чиглэлийн нөхцөл хангагдсан бол бүхэл бүтэн системийн математик тайлбарыг тэдгээрийн хоорондын холболтын тэгшитгэлээр нэмж, бие даасан холбоосуудын бие даасан тэгшитгэлийн систем хэлбэрээр авч болно. Хамгийн түгээмэл (ердийн) холбоосууд нь aperiodic, oscillatory, нэгтгэх, ялгах, байнгын саатал холбоос гэж тооцогддог.

Дифференциал тэгшитгэлийн системийн хэлбэрийн загвар дахь энгийн холбоосын асуудлыг олон тооны зохиогчид судалсан. Шинжилгээнээс харахад тэдний байр суурь нь ердийн холбоосууд байгаа тухай баримтыг нотлох, илүү нарийн төвөгтэй бүтцийг бий болгох үйл явцад тэдний үүргийг судлахад чиглэгддэг. Ердийн нэгжийн бүлэгт сонгон шалгаруулалтыг ямар ч шалгуургүйгээр дур зоргоороо хийдэг. Төрөл бүрийн холбоосыг ердийн холбоосуудын жагсаалтад тайлбар, үндэслэлгүйгээр оруулсан бөгөөд "энгийн" ба "анхан шатны" гэсэн нэр томъёог ердийн холбоосыг тодорхойлоход адил ашигладаг (хүснэгтийг үзнэ үү). Үүний зэрэгцээ, бүтцийн матрицын аргыг ашиглан динамик системүүдийн олон тооны "ердийн" холбоосыг судлах нь зөвхөн пропорциональ, нэгтгэх, ялгах гурван холбоос нь бүтцийн матрицад матрицын циклийг агуулдаггүй болохыг харуулж байна. Тиймээс зөвхөн тэдгээрийг анхан шатны гэж нэрлэж болно. Бусад бүх холбоосууд нь энгийн холбоосуудыг нэгтгэх замаар бүтээгдсэн.

Тэгэхээр, хэрэв W B (s) = k B дамжуулах функцтэй пропорциональ холбоос ба W A (s) = k A s дамжуулах функцтэй ялгах холбоос нь сөрөг эргэх хэлхээний дагуу (Зураг 3) холбогдсон бол эквивалент дамжуулах функц

Тиймээс цаг хугацааны тогтмолуудын утгууд хүртэлх үр дүн нь эхний эрэмбийн апериод холбоосын дамжуулах функцтэй давхцдаг. Энэ нь сөрөг эргэх холбоо бүхий хэлхээний дагуу пропорциональ болон ялгах холбоосыг холбох замаар энэ холбоосыг олж авах боломжтой тул үүнийг энгийн гэж үзэх боломжгүй гэсэн үг юм.

Зураг 3. Эквивалент, периодик холбоосын хэлхээ

Хүснэгтэд орсон үлдсэн холбоосыг ижил аргаар барьж болно. Осцилляторын холбоосын дамжуулах функцэд онцгой анхаарал хандуулах хэрэгтэй (T 2 p 2 + 2ξTp + 1)y = ku. Тиймээс, хэрэв зөвхөн цаг хугацааны тогтмолуудаар ялгаатай дамжуулах функцтэй хоёр апериод холбоосыг цуваа холбовол эквивалент дамжуулах функц хэлбэрийг авна.

Тиймээс цаг хугацааны тогтмолуудын утгууд хүртэлх үр дүн нь судалж буй холбоосын дамжуулах функцтэй давхцдаг. Үүний үр дүнд эхний эрэмбийн холбоосыг цувралаар холбосноор хэлбэлзэлтэй, консерватив, апериод 2-р эрэмбийн холбоосыг олж авч болно. Энэ нь тэдгээрийг энгийн гэж нэрлэх нь зарчмын хувьд зөвшөөрөгдөх боловч тэдгээрийг энгийн гэж үзэх боломжгүй гэсэн үг юм.

Хүснэгтийн сүүлчийн баганад өгөгдсөн үр дүнгийн дүн шинжилгээ нь энгийн холбоосыг холбосноор апериод, изодром, албадах, ялгах инерциал, инерцийг нэгтгэх зэрэг холбоосуудыг олж авах боломжтой гэж дүгнэх боломжийг бидэнд олгоно. Бусад ердийн холбоосуудын дамжуулах функцийг энгийн холбоосыг холбох замаар олж авах боломжтой гэдгийг батлахын тулд ердийн холболтын схемийн дагуу гурав, дөрөв гэх мэт холбоосуудын холболтыг шинжлэх шаардлагатай. Хэрэв бид энгийн эхний эрэмбийн холбоосуудтай анхан шатны холбоосуудын холболтыг авч үзвэл ижил үр дүнд хүрч болно. Энэхүү судалгааны зарим хэсгийг аль хэдийн хийсэн бөгөөд үр дүнг нь уг ажилд танилцуулсан болно.

Тиймээс энгийн холбоосуудыг холбосноор стандарт динамик холбоос гэж нэрлэгддэг бүх дамжуулах функцийг олж авах нь маш энгийн зүйл болох нь батлагдсан. Тиймээс пропорциональ, ялгах, нэгтгэх гэсэн гурван үндсэн холбоосыг үржүүлэх, холбох операторуудыг ашиглан дурын динамик системийг нэгтгэж болно. Энэхүү дүгнэлт нь ямар ч дарааллын шугаман динамик системийг, түүний дотор радио электрон хэлхээг бий болгоход шаардлагатай үндсэн суурийг тодорхойлдог тул үндсэн ач холбогдолтой юм. Хэрэв динамик системийг MABIS ба PAIS-ийн хувьд хязгаарлагдмал хүрээний динамик холбоосоос бүтээхээр төлөвлөж байгаа бол гаргасан дүгнэлт нь онцгой чухал юм.

Зураг 4. Анхан шатны нэгжийн энгийн хэлхээний шийдлүүд: a) олон оролттой нэмэгч, б) дифференциал өсгөгч (пропорциональ холбоос), в) дифференциал (ялгаалах холбоос), г) интегратор (интегратор)

Мультиплексор, нэмүүлэгч, үржүүлэгч, интегратор, ялгагч гэсэн таван функциональ нэгжээс дурын аналог төхөөрөмжийг нэгтгэх боломжтой болсон (Зураг 4)! Зурагт үзүүлсэн болохыг анхаарна уу. 4 диаграммыг бодитоор батлагдсан хэлхээний шийдэл гэж үзэх ёсгүй, гэхдээ функциональ диаграмм дахь энгийн холбоосыг үндсэн радио электрон элементүүдээр солих боломжийн үндэслэл гэж үзэх хэрэгтэй. Функциональ хэлхээний анхан шатны холбоосыг техник хангамжийнх нь хамт сольсноор тодорхой шинж чанартай аналог төхөөрөмжийг зохион бүтээх боломжтой болно.

Аналог төхөөрөмжийн синтезийн жишээ

Дифференциал тэгшитгэлийн системээр тодорхойлсон загварын дагуу аналог төхөөрөмжийн хэлхээний диаграммыг нэгтгэх маш энгийн жишээг Лапласын хувиргалт хэлбэрээр авч үзье: x 0 = g, x 1 = x 0 - 2x 2 /s, x 2 = 10x 1 /s, x 3 = x 2 - 10x 4 /s, x 4 = 500x 3 /s.

Энэхүү дифференциал тэгшитгэлийн системийн бүтцийн матрицыг байгуулж, матрицын циклийг сумаар тодруулцгаая.
Тэгшитгэл ба бүтцийн матрицыг ашиглан бид төхөөрөмжийн блок диаграммыг дахин бүтээх болно (Зураг 5). Бүтцийн матрицын дагуу систем нь 2-р зангилаа -> зангилаа 1 ба зангилаа 4 -> зангилаа 3 гэсэн хоёр сөрөг хариу үйлдэлтэй. 5-р зурагт үзүүлсэн блок диаграмм нь анхдагч холбоосууд дээр баригдсан тул үүнийг электрон төхөөрөмжийн функциональ диаграмм гэж үзэж болно.

Зураг 5. Синтез хийсэн төхөөрөмжийн блок диаграмм (алхам алхмаар)

Синтез хийсэн хэлхээний симуляцийн үр дүнгээс (Зураг 6) өгөгдсөн параметрүүдээр цуваа холбогдсон хоёр генераторыг төлөөлж байгаа нь тодорхой байна. Өөрөөр хэлбэл, зөвхөн дөрвөн нэгтгэх нэгжээс бүрдэх маш энгийн төхөөрөмж нь бага давтамжийн хэлбэлзлийг өндөр давтамжтай модуляцлах харьцангуй төвөгтэй функцийг гүйцэтгэдэг.
MABIS ба PA-IS-ийг зохион бүтээх, үйлдвэрлэхдээ 4-р зурагт үзүүлсэн шиг үйл ажиллагааны өсгөгч дээр хийсэн энгийн нэгжүүдийн техник хангамжийн аналогийг ашиглах шаардлагагүй гэдгийг анхаарна уу, гэхдээ тэдгээр нь энэ үндсэн дээр хамгийн сайн боловсруулагдсан байдаг. Хамгийн ирээдүйтэй зүйл бол оптоэлектроник бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг ашиглан энгийн нэгжүүдийн техник хангамжийн аналогийг хэрэгжүүлэх явдал юм, гэхдээ бусад сонголтууд боломжтой.

Зураг 6. Синтезийн төхөөрөмжийн осциллограмм

Universal MABIS ба PAIS - боломжтой

Тиймээс бид дифференциал тэгшитгэлийн системийн үндсэн операторуудтай харгалзах аливаа REA-ийн таван энгийн (хамгийн энгийн) бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг ялгаж салгаж болно: үржүүлэх, ялгах, нэгтгэх, нэмэх, үржүүлэх (олон талбар). Аналог электрон төхөөрөмжийг зохион бүтээх аргачлалд дараахь зүйлс орно.

Нэгдүгээр эрэмбийн n дифференциал тэгшитгэл (эсвэл l-р эрэмбийн дифференциал тэгшитгэл) хэлбэрээр математик загвар зохион бүтээхэд анхны өгөгдөл болгон ашиглах;
зохион бүтээсэн төхөөрөмжийн бүтцийн матрицыг барьж, матрицын циклийг олох;
төлөвлөсөн төхөөрөмжийн бүтцийн диаграммыг сэргээх;
ердийн холбоосыг энгийн холбоосуудын багцаар солих замаар бүтцийн диаграммыг функциональ болгон хувиргах;
анхан шатны холбоосыг ижил төстэй техник хангамжийн үндсэн элементүүдээр солих замаар зохион бүтээсэн төхөөрөмжийн функциональ диаграммыг цахилгаан хэлхээний диаграм болгон хувиргах (магадгүй орчин үеийн CAD системийг ашиглах нь топологийг функциональ тайлбараас шууд нэгтгэх замаар энэ үе шатаас зайлсхийх боломжийг бидэнд олгоно);
зохион бүтээсэн төхөөрөмжийн топологийг боловсруулах.

Санал болгож буй арга нь хэд хэдэн шийдвэрлэх давуу талтай.

Тиймээс загварчилсан төхөөрөмжийн функциональ диаграммыг стандарт матрицын хувиргалтыг ашиглан дифференциал тэгшитгэлийн анхны системээс нэгтгэж, дарааллаар нь автомат тооцооллын алгоритм болгон хувиргаж болно. Цахилгаан хэлхээний диаграммыг функциональ диаграммаас энгийн динамик холбоосыг ижил төстэй үндсэн элементүүдээр солих замаар нэгтгэдэг. CAD хэрэгслийг ашиглан төхөөрөмжийг загварчлах нь үүнийг ихээхэн хөнгөвчлөх боломжтой.

Тиймээс анхан шатны нэгжийн багц нь олон биш тул бүх нийтийн MABIS болон PAIS-ийг зохион бүтээх бодит боломж бий. Энэ нь эргээд аналог болон дижитал-аналог төхөөрөмжүүдийн дизайныг ихээхэн хялбарчилж, ерөнхийдөө электроникийн цаашдын хөгжилд сонирхолтой хэтийн төлөвийг нээж өгдөг.

Уран зохиол
1. Alenin S., Ivanov V., Polevikov V., Trudnovskaya E. BIK MOS BMKtype N5515ХТ1 дээр суурилсан төрөлжсөн аналог-тоон төхөөрөмжийг хэрэгжүүлэх. - ChipNews, 2000, №2.
2. Курбатов. A. Програмчлагдах аналог интеграл хэлхээ. Амьдрал үргэлжилж байна. - Бүрэлдэхүүн хэсэг ба технологи, 2000, №2.
4. Ку Е.С., Сорер Р.А. Төлөвийн хувьсагчийн аргыг хэлхээний шинжилгээнд ашиглах. - TIEER, 1965, №7.
5. Ильин В.Н. Компьютерийн тусламжтайгаар электрон хэлхээний дизайн. - М.: Эрчим хүч, 1972.
6. Юревич Е.И. Автомат удирдлагын онол. - Л.: Эрчим хүч, 1975.
7. Куропаткин П.В. Автомат удирдлагын онол. - М.: Дээд сургууль, 1973 он.
8. Воронов А.А., Титов В.К., Новогранов Б.Н. Автомат зохицуулалт, хяналтын онолын үндэс. - М.: Дээд сургууль, 1977 он.
9. Воронов А.А. Автомат удирдлагын онол. 1-р хэсэг. Шугаман автомат удирдлагын системийн онол. - М.: Дээд сургууль, 1977 он.
10. Мишин Г.Т. Аналог микроэлектроникийн байгалийн шинжлэх ухааны үндэс. - М.: MIEM, 2003.
11. Шатихин Л.Г. Бүтцийн матрицууд ба тэдгээрийг системийн судалгаанд ашиглах. - М .: Механик инженер, 1974.
12. Шатихин Л.Г. Бүтцийн матрицууд ба тэдгээрийг системийн судалгаанд ашиглах. - М.: Механик инженер, 1991.
13. Аналог нэгдсэн хэлхээ. /Ред. Ж.Коннели.
-М.: Мир, 1977.
14. Ж.Ленк. Электрон хэлхээ. Практик гарын авлага. - М.: Мир, 1985.
15. Нестеренко Б.К. Үйл ажиллагааны нэгдсэн өсгөгч. - М.: Энергоиздат, 1982.

16. Horowitz P., Hill W. The Art of Circuit Design T. 1. - М.: Мир, 1983.

Орчин үеийн дижитал компьютерууд нь тоонуудтай өргөн хүрээний математик үйлдлүүдийг өндөр нарийвчлалтайгаар гүйцэтгэх боломжийг олгодог. Гэсэн хэдий ч хэмжилт, хяналтын системд боловсруулах хэмжигдэхүүн нь ихэвчлэн тасралтгүй дохио, жишээлбэл, цахилгаан хүчдэлийн утгыг өөрчлөх явдал юм. Эдгээр тохиолдолд аналог-тоон болон тоон-аналог хувиргагчийг ашиглах шаардлагатай. Тооцооллын нарийвчлалд тавигдах шаардлагууд нь аналог компьютер ашиглан хангах боломжгүй өндөр байх үед л энэ аргыг зөвтгөдөг. Одоо байгаа аналог компьютерууд нь 0.1% -иас ихгүй нарийвчлалтай байдаг. Хамгийн чухал аналог op-amp тооцоолох хэлхээг доор авч үзнэ. Ерөнхийдөө бид op amp-ийг хамгийн тохиромжтой гэж үзэх болно. Хэрэв математикийн үйлдлийг гүйцэтгэх нарийвчлалд өндөр шаардлага тавьдаг бол бодит өсгөгчийн шинж чанарыг харгалзан үзэх шаардлагатай.

Хэд хэдэн хүчдэлийг нэгтгэхийн тулд та урвуу холболтод үйлдлийн өсгөгч ашиглаж болно. Оролтын хүчдэлийг өсгөгчийн урвуу оролт руу нэмэлт резистороор дамжуулан нийлүүлдэг (Зураг 1). Энэ цэг нь хамгийн тохиромжтой op-amp-ийн оролтын тэг гүйдлийн үед Кирхгофын 1-р хуульд үндэслэсэн виртуал тэг тул бид хэлхээний гаралтын хүчдэлийн дараах хамаарлыг олж авна.

Угарах / Р  = - (У 1 /Р 1 + У 2 /Р 2 + ... + Уn/Рn).

Цагаан будаа. 1. Урвуу нэмэгчийн хэлхээ

Интеграцийн схем

Аналог тооцоолох технологийн хамгийн чухал хэрэглээ бол интеграцийн үйл ажиллагааг хэрэгжүүлэхэд үйл ажиллагааны өсгөгч ашиглах явдал юм. Дүрмээр бол op-amp-ийн урвуу холболтыг үүнд ашигладаг (Зураг 2).

Цагаан будаа. 2. Интеграторын урвуу хэлхээ

Кирхгофын анхны хуулийн дагуу хамгийн тохиромжтой op-amp-ийн шинж чанарыг харгалзан агшин зуурын утгуудын хувьд дараах байдалтай байна. би 1 = - бив. Түүнээс хойш би 1 = у 1 /Р 1 ба хэлхээний гаралтын хүчдэл нь конденсатор дээрх хүчдэлтэй тэнцүү байна.

Дараа нь гаралтын хүчдэлийг дараах илэрхийллээр тодорхойлно.

Байнгын гишүүн у out(0) нь интеграцийн анхны нөхцөлийг тодорхойлно. 3-р зурагт үзүүлсэн сэлгэн залгах хэлхээг ашиглан шаардлагатай эхний нөхцлүүдийг хэрэгжүүлж болно. Түлхүүр байхад С 1 хаалттай ба С 2 нээлттэй, энэ хэлхээ нь 2-р зурагт үзүүлсэн хэлхээтэй адил ажилладаг. Хэрэв түлхүүр бол С 1-ийг нээвэл хамгийн тохиромжтой op-amp бүхий цэнэглэх гүйдэл тэгтэй тэнцүү байх ба гаралтын хүчдэл нь унтрах мөчид тохирох утгыг хадгалах болно. Түлхүүрийг онгойлгож эхний нөхцөлийг тохируулахын тулд, С 1 түлхүүрийг хаа С 2. Энэ горимд хэлхээ нь түр зуурын процесс дууссаны дараа ч гэсэн инерцийн холбоосыг загварчлах бөгөөд үргэлжлэх хугацаа нь хугацааны тогтмолоор тодорхойлогддог. Р 3 C, хүчдэлийг интеграторын гаралт дээр тогтооно

Угарч = - (Р 3 /Р 2)У 2 .

Цагаан будаа. 3. Анхны нөхцөлийг тогтоох гинж бүхий интегратор

Түлхүүрийг хаасны дараа С 1 ба нээх түлхүүр С 2 интегратор нь хүчдэлийг нэгтгэж эхэлдэг У(2) утгаас эхлэн 1. Burr-Brown нь ACF2101 хоёр сувгийн интеграторыг үйлдвэрлэдэг бөгөөд 100 pF-ийн багтаамжтай конденсаторуудыг нэгтгэж, дахин тохируулж, унтрааж байна. Өсгөгчийн оролтын гүйдэл нь 0.1 пА-аас ихгүй байна.

Урвуу өсгөгчийн дамжуулалтын коэффициентийг тодорхойлох томъёог ашиглан, Зураг дээрх хэлхээнд үүнийг харгалзан үзнэ. 2 Р 1 =Р, оронд нь Р 2 операторын эсэргүүцэлтэй конденсаторыг оруулсан болно З 2 (с)=1/(sC), бид интеграторын дамжуулах функцийг олж болно

(2)-д орлуулах s=j , бид интеграторын давтамжийн хариуг олж авна:

Интеграторын тогтвортой байдлыг санал хүсэлтийн давталтын давтамжийн шинж чанараар үнэлж болох бөгөөд энэ тохиолдолд санал хүсэлтийн давталтын дамжуулах коэффициент нь нарийн төвөгтэй байх болно.

Өндөр давтамжийн хувьд  нь 1 байх хандлагатай бөгөөд түүний аргумент нь тэг болно. Энэ давтамжийн мужид хэлхээ нь нэгдмэл санал хүсэлт бүхий өсгөгчтэй ижил шаардлагад нийцдэг. Тиймээс энд давтамжийн хариу залруулга хийх хэрэгтэй. Ихэнх тохиолдолд интегратор барихад дотоод залруулга бүхий өсгөгч ашигладаг. Оп-амп интеграцийн хэлхээний ердийн LFC-ийг Зураг дээр үзүүлэв. 4. Интегралчлалын тогтмол  = R.C. 100 μs-тэй тэнцүү хэмжээгээр авсан. Зураг дээрээс. 4-ээс харахад энэ тохиолдолд эргэх хэлхээний хамгийн бага ашиг нь | болно К p |=|  К U |  600, өөрөөр хэлбэл. Интеграцийн алдаа нь зөвхөн өндөр төдийгүй бага давтамжийн хувьд 0.2% -иас ихгүй байх болно.

Цагаан будаа. 4. Интеграторын давтамжийн хариу үйлдэл

Дүгнэж хэлэхэд, интеграторын хэлхээнд ажилладаг op-amp-ууд нь оролтын гүйдэл, офсет хүчдэл, дифференциал хүчдэлийн олз зэрэгт онцгой өндөр шаардлага тавьдаг. КУ. Их хэмжээний гүйдэл ба тэг офсет нь оролтод дохио байхгүй үед гаралтын хүчдэлд мэдэгдэхүйц өөрчлөлтийг үүсгэж болох ба олз хангалтгүй үед интегратор нь олз бүхий нэгдүгээр зэрэглэлийн бага дамжуулалтын шүүлтүүр юм. К U ба цагийн тогтмол (1+ К U) R.C.

Ялгах схем

Зураг дээрх интеграторын хэлхээн дэх резистор ба конденсаторыг солих замаар. 2, бид ялгагчийг авдаг (Зураг 5). Энэ тохиолдолд op-amp-ийн урвуу оролтод Кирхгофын анхны хуулийг хэрэглэх нь дараахь хамаарлыг өгнө.

C(dUоролт/ dt) +Угарах / Р= 0,

Угарч = - R.C.(dUоролт/ dt).

Цагаан будаа. 5. Дифференциаторын хэлхээ

Томъёог ашиглах

мөн үүнийг Зураг дээрх диаграммд авч үзвэл. Оронд нь 5 Р 1 ашигласан 1/ sC, a Р 2 =Р, дифференциаторын дамжуулах функцийг олъё

давтамжтай пропорциональ.

Зураг дээр үзүүлсэн ялгах схемийн практик хэрэгжилт. 5, дараах шалтгааны улмаас ихээхэн бэрхшээлтэй холбоотой:

нэгдүгээрт, хэлхээ нь цэвэр багтаамжтай оролтын эсэргүүцэлтэй бөгөөд хэрэв оролтын дохионы эх үүсвэр нь өөр үйлдлийн өсгөгч байвал тогтворгүй байдал үүсгэж болно;

хоёрдугаарт, (4) илэрхийллийн дагуу өндөр давтамжийн муж дахь ялгаа нь өндөр давтамжийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг мэдэгдэхүйц нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг бөгөөд энэ нь дохио-дуу чимээний харьцааг улам дордуулдаг;

Гуравдугаарт, энэ хэлхээнд op-amp-ийн санал хүсэлтийн гогцоонд нэгдүгээр эрэмбийн инерцийн холбоос асч, өндөр давтамжийн мужид 90 хүртэлх фазын саатал үүсгэнэ.

Энэ нь op-amp-ийн фазын хоцролтыг нэмэгдүүлж, 90-аас их буюу түүнээс ч их байж болох бөгөөд энэ нь хэлхээг тогтворгүй болгоход хүргэдэг.

Эдгээр дутагдлуудыг нэмэлт резисторыг конденсатортай цувралаар холбох замаар арилгаж болно. Р 1 (5-р зурагт тасархай шугамаар үзүүлэв). Ийм засварыг нэвтрүүлэх нь ялгах хэлхээний ажиллах давтамжийн хүрээг бараг бууруулдаггүй гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. өндөр давтамжтай үед санал хүсэлтийн хэлхээний ашиг багассан тул энэ нь хангалтгүй ажиллаж байна. Хэмжээ Р 1 ХАМТ(тиймээс тэг дамжуулах функц RС– хэлхээ) давтамжтай байхаар сонгохыг зөвлөж байна еСанал хүсэлтийн гогцооны ашиг нь 1 байсан (6-р зургийг үз).

Цагаан будаа. 6. op-amp дээр ялгах схемийн LFC

Цахим хэлхээ нь функциональ дохионы хувиргалтыг шууд гүйцэтгэх боломжтой - олшруулах, нэмэх, үржүүлэх, хуваах, квадрат болгох, нэгтгэх, нэгтгэх, ялгах гэх мэт. Элемент бүр нь тухайн зангилаанд хамаарах хувийн үйлдлүүдийн аль нэгийг гүйцэтгэхэд зориулагдсан.

Хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг функциональ элементүүдийн дунд op-amps агуулсан өсгөгчийн хэлхээнүүд байдаг.

Урвуу өсгөгч.Урвуулах op-amp-ийн холболтын диаграммыг Зураг 7.5a-д үзүүлэв. Uin оролтын дохиог op-amp-ийн урвуу оролтод нийлүүлдэг бол сөрөг санал R 2 нь op-amp-ийн гаралтаас урвуу оролт хүртэл зохион байгуулагддаг. U гаралтын дохио нь оролтын U дохиотой дараах байдлаар холбогдоно.

U out /R 2 = -U in /R 1,

ба хүчдэлийн олз нь:

K=-U гарч / U in =-R 2 /R 1.

Урвуу бус өсгөгч 10.5б-р зурагт үзүүлэв. Оролтын дохио Uin нь урвуу оролтод ордог ба урвуу оролт нь R 3 эсэргүүцэлээр дамжин нийтлэг утастай холбогддог. R 2 эсэргүүцэлээр дамжуулан сөрөг санал хүсэлт нь өсгөгчийн тогтвортой ажиллагааг хангадаг. Гаралтын хүчдэлийг дараах илэрхийллийн дагуу тодорхойлно.

U out = U in R 4 (1 + R 2 / R 1)/(R 3 + R 4).

Зураг 7.5 – Мэс заслын өрөөний автоматжуулалтын функциональ элементүүд

өсгөгч

7.5c-р зурагт. Үйлдлийн өсгөгчийн дифференциал холболтын диаграммыг үзүүлэв, гаралтын хүчдэл нь урвуу ба урвуу оролтод нийлүүлсэн оролтын дохионы хоорондох зөрүүтэй пропорциональ байна.

U out = U 2 R 4 (1 + R 2 / R 1)/(R 3 + R 4) - U 1 (R 2 / R 1).

Дифференциал op-amp хэлхээ нь дээр дурдсан бусадтай харьцуулахад илүү их ажиллагаатай байдаг.

7.6-р зурагт. Жишээ нь зохицуулагчийн (олзыг алхам алхмаар хянах) алхамын хяналтын оролтын элемент болгон ашиглаж болох масштабын өсгөгчийг харуулж байна.

Нийлбэрийн өсгөгчийг өргөн ашигладаг. Үүнийг хэд хэдэн ээлжлэн хүчдэлийн геометрийн нийлбэрийг хэрэгжүүлдэг хэлбэржүүлэгч элемент болгон ашиглаж болно.

Ихэнх тохиолдолд нийлбэр өсгөгчийг хэрэгжүүлэхдээ R 1, R 2, R 3 оролтын резистороор дамжуулан U 1, U 2, U 3 оролтын хэд хэдэн хүчдэлийг нийлүүлэх үед op-amp-ийн урвуу холболтыг ашигладаг. урвуу оруулах оролт руу (Зураг 7.7).

Зураг 7.6 – Хуваарийн өсгөгч.

Оп-ампер дээр оролтын нийт гүйдэл нь санал хүсэлтийн резистороор урсдаг бөгөөд урвуу оролтын тэг хүчдэлийг харгалзан гаралтын хүчдэл нь тэнцүү байна.

U out = R 4 (U 1 + U 2 + U 3)/(R 1 +R 2 +R 3).

Зураг 7.7 – нийлбэр өсгөгч.

Зураг 7.8 – Интеграцийн элемент.

Интеграцийн элементийг тооцооллын хэлхээнд цаг хугацааны туршид дохиог нэгтгэх, мөн дохионы шүүлтүүр болгон ашигладаг (Зураг 7.8). Үүний гол шинж чанар нь интеграцийн хугацааны тогтмол t= юм Р 1 C 1. Оролтын дохиог цаг хугацааны явцад нэгтгэх нь op-amp-ийн санал хүсэлтэнд багтсан C1 багтаамж дээр хийгддэг.

Оролтын дохионы деривативыг олж авахын тулд ялгах элементийг ихэвчлэн ашигладаг (Зураг 7.9). Энэ элементийн гаралтын үед дохио нь оролтын дохионы эхний деривативтай тохирч байна.

Зураг 7.9 – Ялгах элемент.

Харьцуулагчид.Харьцуулагч нь тодорхой хугацааны туршид дохиог харьцуулах төхөөрөмж юм (Зураг 7.10). Хоёр оролтын дохионы зөрүү тэгтэй тэнцүү байх бүрд гаралтын хүчдэл доод (логик 0)-ээс дээд (логик 1) хязгаарын утга хүртэл өөрчлөгддөг. Харьцуулагч нь аналог болон дижитал байж болно.

Аналог харьцуулагчийн хувьд оролтод хоёр аналог дохио, гаралт дээр логик дохиог харьцуулдаг.

Дижитал харьцуулагч нь оролт, гаралтын аль алинд нь тоон хэлбэрээр дохио агуулдаг.

Зураг 7.10 – Аналог харьцуулагч.

Аналог компараторт (Зураг 7.10а) үйлдлийн өсгөгч нь санал хүсэлтгүйгээр ажилладаг тул маш өндөр өсөлттэй байдаг. Урвуу оруулах оролт нь U op хэмжигдэхүүн хүчдэлээр хангагдсан бөгөөд түүний утга нь өөр байж болно (Зураг 7.10б). Шинжилсэн U x дохио нь урвуу оролтод ордог. Оролтын хүчдэлийн зөрүүний аливаа өөрчлөлт нь гаралтын хүчдэлийн U үсрэлт үүсгэдэг. Хэрэв U x >= U o, дараа нь op-amp 1 if-ийн гаралт дээр логик 1 гарч ирнэ У х , дараа нь – логик 0.

Хэрэв U op = 0 бол ийм харьцуулагчийг тэг эрхтэн гэж нэрлэдэг.

Харьцуулагчийг хяналтын системийн төхөөрөмжүүд, дижитал технологи - аналог-тоон ба дижитал-аналог хөрвүүлэгчийг харьцуулахад өргөн хэрэглэгддэг.

Дижитал-аналог хөрвүүлэгч (DAC). Дижитал-аналог хөрвүүлэгчид тоон дохиог шууд аналог руу хөрвүүлэх, аналог-тоон хувиргагч доторх хүчдэлийн хариу өгөх олон программуудтай.

DAC нь q 1 ....q n дижитал кодоор хянагддаг эсэргүүцэлтэй хүчдэл хуваагч юм - оролтын мэдээллийг тодорхойлдог логик тэг ба нэгүүдийн багц. Хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг эсэргүүцлийн матриц R-2R(Зураг 7.11). Матрицад Kl хоёр чиглэлтэй товчлуурууд үйлчилдэг бөгөөд тэдгээрийн тоо нь чухал хоёртын цифрүүдийн тоотой тэнцүү байна. Хэрэв бүх оролт q дээр логик тэг байвал CL унтраалга нь тэг автобусанд холбогдсон ба op-amp 1 өсгөгчийн гаралт дээр тэг потенциал байна.

Зураг 7.11 – R-2R матрицтай DAC хэлхээ

Нэгдүгээр ангидаа ирэхэд q 1 KL1 логик нэгжийн түлхүүр нь 2R резистор болон резисторын гинжин хэлхээгээр дамжуулан op-amp 1-тэй холбогддог. У оп. Үүний үр дүнд op-amp 1-ийн гаралт дээр хүчдэлийн алхам гарч ирнэ чи гарлаа. Илүү өндөр эрэмбийн логик нэгж (илүү тоо) DAC-ийн оролт дээр ирэхэд, жишээлбэл, q 2, op-amp 1-ийн оролтод жишиг хүчдэл бүхий өөр эсэргүүцлийн салбар холбогдсон ба op-amp 1-ийн гаралт дээр өөр нэг хүчдэлийн алхам нэмэгдэх болно. Гаралтын хүчдэл нь квант (алхам):

,

Хаана n- цифрүүдийн тоо.

DAC-ийн нарийвчлалыг цифрүүдийн тоо болон матрицын резисторын үйлдвэрлэлийн нарийвчлалаар тодорхойлно.

Аналог-тоон хөрвүүлэгч (ADC)). ADC нь мэдрэгч ба дохионы эх үүсвэрээс аналог дохиог дижитал хэлбэрт хөрвүүлэн компьютер эсвэл микропроцессор дээр дараагийн боловсруулалт хийхэд ашигладаг. Аналог-тоон хувиргагчийг бий болгох хэд хэдэн мэдэгдэж байгаа зарчмууд байдаг - цагийг цэвэрлэх, битээр кодлох, серво тэнцвэржүүлэх, унших.

Унших ADC хэлхээг 7.12а-р зурагт үзүүлэв. ADC нь ижил утгатай K 1 ... K N резистор ба харьцуулагчаас бүрдэх R 1 ... R N эсэргүүцэгч хүчдэл хуваагч дээр тулгуурлан бүтээгдсэн бөгөөд N нь оролтын дохионы квантчлалын түвшний тоо юм. U in.

Харьцуулагчийн гаралт дээр 0 эсвэл 1 гэсэн байрлалын код нь эхнийхээс эхлэн эхлүүлсэн харьцуулагчийн тоо (код 1) хэмжсэн утгын түвшинд тохирч байвал үүсдэг. Харьцуулагчийн хурдыг харьцуулагчийн саатлын хугацаагаар тодорхойлно. 7.12б-р зурагт үзүүлсэн тохиолдолд оролтын дохио U inхоёр дахь түвшинд хамаарна - эхний хоёр харьцуулагч K 1 ба K 2 ажилласан. ADC гаралтын тоон код нь 1 1 0 0 байх болно. Унших ADC нь хязгааргүй тооны биттэй байж болно.

Бодит дохиог боловсруулахын тулд дээрх болон бусад элементүүдийн багцыг ашигладаг бөгөөд тэдгээрийн хэлхээг дохио боловсруулах тусгай даалгавраар тодорхойлдог.

Зураг 7.12 – Унших ADC.

Автоматжуулалтын системд суурилуулсан электрон хэлхээг бий болгохын тулд янз бүрийн функциональ хөрвүүлэгч, түүнчлэн ердийн шугаман бус байдлыг хэрэгжүүлдэг төхөөрөмжүүд шаардлагатай.

Нэг буюу хэд хэдэн хамаарлыг хэрэгжүүлэхийн тулд функциональ зураглагчийг ажиллуулж болно.

Эхний тохиолдолд, жишээлбэл, зөвхөн нэг хамаарлыг хуулбарлахын тулд: экспоненциал, чадлын функц, тригонометр гэх мэт хувиргагчдыг тусгайлсан гэж нэрлэдэг.

Хоёрдахь тохиолдолд, хэрэв хөрвүүлэгчдийг олон хамаарлыг хуулбарлахын тулд параметрүүдийг нь өөрчлөх замаар дахин бүтээх боломжтой бол тэдгээрийг универсал гэж нэрлэдэг.

Байгалийн шугаман бус байдал дээр суурилсан хувиргагчид янз бүрийн хагас дамжуулагч төхөөрөмжүүдийн одоогийн хүчдэлийн шинж чанарын шугаман бус хэсгийг ашигладаг. Жишээлбэл, одоогийн хүчдэлийн шинж чанарууд х-nшилжилт, гэрэлт гүйдлийн хамаарал, термисторын эсэргүүцлийн температураас хамаарах хамаарал, янз бүрийн уян резонаторуудын хэлбэлзлийн байгалийн давтамж нь тэдгээрт үйлчлэх хүчнээс хамаарах гэх мэт. Шугаман бус байдлыг ашиглан логарифм ба экспоненциал өсгөгч х-nшилжилтүүд сайн хөгжсөн бөгөөд хэмжилтийн технологид өргөн хэрэглэгддэг.

Зураг дээр. 7.13-т аналог дохио үүсгэх төхөөрөмжийн диаграммыг үзүүлэв U inФоторезисторын оптокоуплерийн шугаман бус байдлыг ашиглахад үндэслэсэн квадрат. Фоторезистор оптокоуплер нь хос LED-фоторезистор юм D 1 – R 2, салшгүй байдлаар гүйцэтгэнэ. Optocoupler photoresistor-ийн эсэргүүцлийн утга нь LED-д хэрэглэсэн хүчдэлтэй урвуу хамааралтай байна. Пропорциональ хүчин зүйл К optocoupler нь түүний дизайны онцлогоос хамаардаг бөгөөд тодорхой хязгаарт резистороор тохируулж болно Р 1 .

Оп amp үйлдлийн өсгөгч хувиргадаг U in R 2 фоторезисторыг гэрэлтүүлж, улмаар эсэргүүцлийг нь өөрчилдөг LED D 1-ийн тэжээлийн гүйдэлд оруулна. Түр зуурын хүчдэлийн хэмжээ нь оролтын квадраттай пропорциональ байна U out ≡ U 2 in.