1. Приведите принципиальную схему и дайте количественную оценку основным параметрам базового элемента ТТЛ.

R1=3,9К, R2=1,6K, R3=1K, R4=100;

Основные параметры:UПИТ=5В, IПОТ<5мА, tЗАД<50нс, U1=2,4В, U0=0,7В нагрузочная способность - 10, Rнагр>0,4K (для серии К155)

При RНАГР<RДОП возрастает ток через транзисторы VT3, VT4 и схема может выйти из строя.

2.Выведите формулу для вычисления частоты генерации ( f г ) в схеме рис. 1.

Вычислите f г при С = 4H7, R1 = 10 К. Для какой цели вместо

R3 включают инерционное термосопротивление?

Решение: на рис.1. изобр. Мост Вина. Для возникновения колебаний необходимо:

1) Баланс фаз: jk+jb=2*p*n, где n=0,1,…, т. е. обратная связь должна быть положительной.

2) Баланс амплитуд: |k*b|³1

На частоте генерации ОС не должна вносить фазового сдвига, т. к. усилитель неинвертирующий, следовательно b должен быть действительным и положительным числом на этой частоте:

Инерционное термосопротивление включают для стабилизации амплитуды.

3. На затвор полевого транзистора (рис. 1) поступают управляющие импульсы (рис. 2). При условии R1 = R2 = R3 и Uвх = 1 В= const представьте график Uвых (t).VT1 считать идеальным ключом.

На данной схеме инверсный и не инверсный входы поменять местами).

Рассмотрим 2 случая:

1. Uупр=0, т. е. ключ разомкнут, следовательно коэффициент усиления равен т. к. R1=R2,то К= - 1

2. Uупр = 2*Uопор, т. е. ключ замкнут, следовательно коэффициент равен т. к. R1=R2=R3, то К = - 1+(1+1) = 1

транзистор VT1 – полевой с каналом n-типа. Следовательно для его открытия необходимо приложить отрицательное напряжение.

Транзистор откроется, если на его вход подать напряжение Uопор.

4.Получите соотношение для тока в цепи Zн. Предложите возможную область применения устройства.

Благодаря действию ОС, входное напряжение Uвх и падение напряжения на резисторе f равны и через нагрузку течет тот же самый ток, что и через резистор. Поэтому:

Ток в нагрузке не зависит от Zн при том условии, что ОУ работает в линейном режиме (не насыщается).

Возможная область применения устройства: преобразователь напряжения в ток.

7.На вход цепи подается треугольное напряжение с амплитудой Um и периодом T. Определите форму и экстремальные значения выходного напряжения

( ОУ считать идеальным ).

5.АЧХ ОУ имеет вид:

Каковы недостатки ОУ с такой АЧХ (без коррекции)?

Как изменится АЧХ при полной коррекции ОУ?

Любой операционный усилитель представляет собой многокаскадный усилитель, имеющий несколько постоянных времени. Максимальный сдвиг фазы однокаскадного усили, коэффициент усиления при этом = 0 (у 2-х каскадного на 180, 3-х каскадного – 270…) В данном случае Коррекция состоит в том, что вид АЧХ и ФЧХ приводится к соответствующим характеристикам однокаскадного усилителя. Усилитель имеет три постоянные времени. Фаза такого ОУ может развернуться на 270°. И при |к| не равном 0 на высоких частотах фаза меняется на 180°. Этот ОУ не устойчив и может войти в режим генерации.

Полная коррекция уменьшает частотный диапазон ОУ и К0.

6.Считая ОУ идеальным, найдите форму и экстремальные значения выходного напряжения. Входное напряжение представляет собой меандр с максимальным значением U1 и частотой f.

коэффициент передачи этой схемы

отсюда видно, что это интегрирующая цепь

U выхода этой схемы будет

9. Найдите составляющую погрешности масштабного усилителя, вызванную разностью входных токов ОУ. Как следует выбирать R3?

так как, имеем ООС, то U+=U-если имеем , то , то есть погрешность от входных токов сведётся к погрешности от разности входных токов, которая обычно гораздо меньше. Таким образом, погрешность усилителя, вызванная входными токами будет составлять ;R3 следует выбирать так, чтобы R3=R1||R2

8. Составьте структурную схему АЦП поразрядного уравновешивания, если погрешность не должна превышать ± 0,25 %. Сформулируйте требования к элементам структурной схемы. Дайте пояснения к его работе.

Структурная схема АЦП поразрядного уравновешивания:

КМП - компаратор

G - тактовый генератор

РПП - регистр последовательных приближений

РФ - регистр-фиксатор

N – старший разряд

Пояснение к работе АЦП

Сигнал ‘запуск’ сбрасывает РПП и задает новый цикл преобразования. Сначала на РПП устанавливает код, состоящий из ‘1’ в старшем разряде N и ‘0’ в остальных (N-1) разрядах. Этот код подается на вход ЦАП. Выходное напряжение Uвыхцап сравнивается с Uвх на компараторе КМП.

Если Uвх³Uвыхцап, то ‘1’ оставляется в РПП

Если Uвх<Uвыхцап, то ‘1’ в старшем разряде заменяется на ‘0’

Далее записывается ‘1’ в следующий по старшинству (N-1) разряд РПП и снова производится сравнение Uвх и Uвыхцап. Таким образом, после N тактов сравнения по всем разрядам в РПП окажется код, соответствующий Uвх. РФ обычно содержит шинные формирователи с тремя состояниями выхода, что позволяет соединить выход АЦП с шиной данных системы и хранить результат предыдущего преобразования до следующего цикла.

Требования к элементам АЦП

Так как, имеем заданную погрешность 0,25%, то можно найти разрядность АЦП:

, следовательно

разрядность АЦП должна быть равна 9, при этом погрешность от квантования будет равна 0,19%, а на остальные виды погрешностей(погрешности от компаратора – быстродействие, входне токи смещения и т. д. , погрешности ЦАП – смещения нуля отводится 0,06%)

Требования к генератору:Частота генерации должна быть, как минимум в N раз больше чем частоты дискретизации Fd, подаваемой на вход ‘запуск’. Особых требований к стабильности генератора не предъявляется, главное, чтобы в один период Fd ‘вмещалось’, как минимум, N периодов генератора.

Требования к ЦАП Требования к компаратору Дополнительная информация Для АЦП данного типа существует микросхема 155ИР17, представляющая собой регистр последовательных приближений. Кроме этого. Существуют готовые микросхемы АЦП, работающие на этом принципе: 1108ПВ1 и 1113ПВ1

10. На вход цепи подается постоянное напряжение Uвх, ключ управляется частотой f. Найдите форму и экстремальные значения выходного напряжения (ОУ и ключ считать идеальными).

В данной схеме выходное напряжение зависит от состояния ключа: замкнут, разомкнут. Считая ОУ идеальным U+ = U- его работу можно описать следующим уравнением

Принимая ключ идеальным, т. е. Rзам = 0, Rраз = ¥, получаем следующие выражения для выходного сигнала

Так как R1=R3, то при замкнутом ключе Uвых = - Uвх

12.Изобразите форму выходного сигнала с учетом конечной (v) скорости нарастания выходного напряжения ОУ, если входной сигнал синусоидальный, Uвх = Uм sin wt, Uм = 2 В, f = 10 5 гц, v = 1 В/мкс

Оценим скорость нарастания входного сигнала:

т. к. 0<coswt<1, то - максимальное значение скорости нарастания сигнала

, следовательно на выходе искаженный сигнал

, если Vотс = 0,7В, то

15. Найдите в общем виде составляющую погрешности масштабного усилителя, вызванную нестабильностью Ko опе-рационного усилителя. Вычислите Ko. c. при R1 = 0,5 K, R2 = 200 K для двух различных Ko (Ko = 20·103 и Ko = 50·10 3).

Koc = Uout / Uin; Uout = (-Ko) * U-, где:

, разделим всё уравнение на Uin и получим:

Перейдём от проводимостей к сопротивлениям:

Подставим значения R2 и R1 в полученную формулу:

Подставим значения Ko в формулу:При Ко = 20*103: Кос = 392,1

При Ко = 50*103: Кос = 396,8

16. При R2 = R3 выведите формулу для расчета длительности tи выходного импульса.

Длительность tи выходного импульса можно определить приравнивая Uc и U+ , где Uc - закон изменения напряжения на конденсаторе, а U+ - напряжение на конденсаторе при UВЫХ = UОГР+.

, где t=R1*C; UПР - падение напряжения на диоде;

Приравняем эти значения:

здесь t=tИ

Пусть , тогда

Так как, имеем R2 = R3, то , следовательно

17. Для случая R2 = R3 выведите формулу для расчета длительности выходных импульсов. Нарисуйте форму напряжения Uc1(t) и Uвых(t). Что влияет на нестабильность периода?

После включения питания схема благодаря ПОС через R2 и R3 окажется в одном из двух крайних состояний, характеризующихся насыщением выхода ОУ (+Uвых. макс или - Uвыхмакс). Пусть, например, на выходе ОУ оказалось +Uвыхмакс, тогда

Через R1 конденсатор будет заряжаться до тех пор, пока напряжение на нём не окажется чуть больше U+. В этот момент благодаря большому усилению ОУ и ПОС выход схемы переключится и станет равен - Uвых. макс (U-огр). и теперь С начнёт перезаряжаться от уровня U+макс к уровню U+мин. При U+»U - схема снова опрокинется и т. д. Напряжение на С при Uвых=+Uогр меняется по закону:

, где t=R|C|. Этот процесс начинается со значения U+мин при t=0 и заканчивается, когда . Суммируя время этого и обратного ему процессов, можно получить период колебаний:

На нестабильность периода влияют:

- температура (её изменение)

- дрейф Есм ОУ

дрейф Iвх ОУ

20. Изобразите схему двухтактного усилителя мощности класса В. Получите соотношение для максимального к. п.д. этой схемы.

На входе положительная полуволна.

При достижении Uвх значения 0.7 В (напряжение Uбэ), транзистор VT1 начинает открываться, а транзистор VT2 закрывается ещё больше. Ток от источника +Е течёт через VT1 и Rн. На Rн получаем положительную полуволну, усиленную по мощности, т. к. VT1 включен как эмиттерный повторитель.

1. На входе отрицательная полуволна.

При достижении Uвх значения –0.7 В начинает открываться транзистор VT2, при этом VT1 закрывается. ток от источника –Е течёт через VT2 и Rн.

где Рн — мощность выделяемая на нагрузке, Рпотр — полная потребляемая мощность.

Рпотр=2ЕI

где для синусоидального сигнала Рн=Um*im/2

где Um — напряжение на Rн, im — ток, отдаваемый в Rн

Коэффициент использования источника питания:

Видно, что КПД зависит от входного сигнала, значение Ummax=Е-Uкэотс — максимальная амплитуда на выходе усилителя, Uкэотс — напряжение отсечки транзистора. Если Uкэотс<<Е, тогда Ummax»Е и Um/Е»1. Отсюда следует, что КПДmax=p/4. В процентном соотношении

КПДmax=p/4*100%=78.5%

21 Так как U-ОУ имеет потенциал, равный 0 , то

22. В схеме усилителя переменного напряжения, показанной ниже по заданной частоте среза fc определить C (R1 и R2 известны).

Вычислите С при fc = 15 Гц и R1 = 12 кОм

Найдём коэффициент передачи усилителя.

Частота среза – это частота, на которой модуль коэффициента передачи будет равен от своего максимального значения, поэтому

отсюда находим С: =0,88мкФ

. На вход цепи подается синусоидальный сигнал с амплитудой Um. Найдите форму и экстремальные значения выходного напряжения (ОУ считать идеальным).

При Uвх <0 на выходе ОУ напр>0 и диод закрыт, Uвых=0. При Uвх>0 на выходе ОУ напр<0 диод открыт, Uвых = [- Uвх (R2+R2)/R1]-0,7

24. Предложите схему для экспериментального снятия зависимости Ko ОУ от частоты. Как будет выглядеть график Ko (f) ОУ с полной внутренней коррекцией? Для какой цели осуществляют коррекцию?

Входной делитель предназначен для уменьшения погрешности при измерении Uвх. Uвх снимают в точке Uа, в то время как на вход ОУ подается в 100 раз меньшее U. Если не использовать делитель, ОУ при большом Uвх может войти в насыщение.

ОУ с полной частотной коррекцией |K|, dб ОУ без коррекции

Пусть ОУ имеет три RC – цепочки. Каждая из них может повернуть фазу на 90 град., а все вместе – на 270 град. Значит на 180 град., когда ООС переходит в ПОС, RC – цепочки повернут фазу на конечной частоте. Такой ОУ не устойчив. При коррекции в схему усилителя вводят интегрирующуб цепь, пост. времени которой будет наибольшей из всех и остальными можно пренебречь. В такой ОУ можно вводить любую глубину ОС.

Полная коррекция уменьшает частотный диапазон ОУ.

Нарисуйте схему и дайте количественную оценку основным параметрам базового (И - НЕ) ТТЛ элемента. Что может произойти при Rн <R доп?

R1=3,9К, R2=1,6K, R3=1K, R4=100;

Основные параметры:

· UПИТ=5В, IПОТ<5мА, tЗАД<50нс, U1=2,4В, U0=0,7В

· нагрузочная способность - 10, Rнагр>0,4K (для серии К155)

При RНАГР<RДОП возрастает ток через транзисторы VT3, VT4 и схема может выйти из строя

1. Составьте структурную схему АЦП с двухтактным интегрированием, который прмехоустойчив к частоте сети 50Гц (60Гц). Дайте краткие пояснения к его работе. Какими параметрами определяется коэффициент подавления сетевой помехи.

Ответ: Структурная схема АЦП представлена на рис.:

Пояснения к работе АЦП:

Сначала в течении некоторого фиксированного интервала времени Т интегрируется Ux. На выходе интегратора напряжение изменится на величину:

| DUинт. вых | = T*Ux / (R*C).

После этого к входу интегратора подключается опорное напряжение - Ео, которое должно быть по модулю больше, чем Ux (условие работы схемы). Интегрирование ведётся до тех пор, пока U на выходе интегратора не вернётся в исходное состояние:

| DUинт. вых | - | tx*Eo / (R*C) | = 0.

В результате имеем tx = Ux*T / Eo, где Т можно задать, подсчитав импульсы тактовой частоты N-разрядным счётчиком: T = 2N / fтакт, время tx можно рассчитать, подсчитав число импульсов M, той же тактовой частоты на том же счётчике: tx = M / fтакт. Получаем:

Таким образом, код М в счётчике зависит только от Ux и Ео.

Если время интегрирования Т взять точно равным периоду помехи, то синусоидальная помеха будет полностью подавлена, т. к. , независимо от сдвига фазы j.

Если частота помехи f отличается от 1/T, то подавление будет неполным. Следовательно, задача состоит в том, чтобы тактовые счётные импульсы были строго синхронизированы с частотой помехи, но при этом их частота должна быть строго в 2N раз выше частоты помехи.