4.1. Операційні підсилювачі

Операційним підсилювачем (ОП) називається підсилювач постійного струму з великим коефіцієнтом підсилення, який виготовляється у вигляді інтегральної мікросхеми і має два входи і один вихід (рис.3).

Рис. 3. Умовне позначення ОП

ОП мають великий коефіцієнт підсилення, тому застосовуючи різні види та комбінації зворотного зв’язку (ЗЗ), можна отримати пристрої із заданими характеристиками.

Інвертуючий підсилювач (рис. 4). Якщо ОП охопити від’ємним паралельним ЗЗ за напругою, то отриманий таким чином підсилювач матиме коефіцієнт підсилення

К_п= -R₃/ R₁ .

Знак мінус показує, що підсилювач змінює на протилежну полярність вихідної напруги відносно вхідної.

Неінвертуючий підсилювач (рис. 5). Якщо ОП охопити від’ємним послідовним зворотним зв’язком за напругою, то отриманий таким чином підсилювач не змінює полярність і фазу підсилювального сигналу. Коефіцієнт підсилення дорівнює

К_п = 1+R₃/ R₁.

У суматорі (рис. 6) вихідний сигнал U_ВИХ пов’язаний з вхідними сигналами U_ВХ1 , U_ВХ2 , …, U_ВХn залежністю К_п =R₀ / R₁ x U_ВХ1 + R₀ / R₂x U_ВХ2 +… + R₀ / R_n x U_ВХn .

На основі ОП можна побудувати майже ідеальні інтегратори (рис. 7). В інтеграторі вихідна напруга U_вих пов'язана з вхідною напругою U_вх наступними співвідношеннями:

Диференціатори знаходять застосування як масштабуючі перетворювачі для датчиків з малим вихідним сигналом в умовах сильних промислових перешкод, наприклад, термопар, датчиків місткостей, датчиків біострумів і т.п. Проста схема диференціатора зображена на рис. 8.

Для схеми диференціатора вихідна напруга U_вих пропорційна швидкості зміни вхідного сигналу і обчислюється по формулі:

5. Цифрові інтегральні схеми

Цифрові ІС являють собою ключі, що мають m≥1 входів та n≥1 виходів (рис.9,а), які можуть бути вироблені на напівпровідникових діодах, біполярних або МДП транзисторах або на їх поєднаннях.

Рис. 9. а) з одним входом та одним виходом; б) з двома входами та виходами (диференціальний); в) з двома входами та одним виходом (операційний)

Реалі­зація логі­чних (перемикаючих) функцій, що зазвичай задаються у вигляді таблиці, що складається з вхідних та вихідних змінних, здійснюється логічними ІС, умовні позначення яких приведені на рис.9 (б-г). Логічна схема на основі ключа (транзистор з ОЕ) з одним входом m=1 та одним виходом n=1 може реалізовувати пе­ремикаючу функцію тільки з двома можливими значеннями у =х та у = х (не х). Останню називають логічною операцією НІ (інверсія) (рис.9,б.) При відсутності сигналу на вході х_і , тобто при логічному 0, транзисторний ключ закритий і на виході рівень напруги високий, тобто логічна 1 і навпаки, при подачі на вхід логічної 1 транзистор відкривається і на виході встановлюється логічний 0.

Логічна схема на основі ключа з двума входами та одним виходом виконує операцію логічного множення (операция І) у=х₁ х₂ ….х_m (рис. 10 а,б) або додавання (АБО) у=х₁ + х₂ +…х_m (рис.10, в). За допомогою логічних схем НІ, І, АБО можна реалізувати логічну функцію будь-якої складності ( І-НІ, АБО-НІ).

в г д

Рис. 10.