Интегрального операционного

Неравномерность распределения базовых токов транзисторов, имеющую место в схемах с непосредственными связями на БТ, можно устранить, обеспечив раздельное питание током каждой возбуждаемой базы. Это позволило создать базовые логические элементы ДТЛ-типа с логикой на входе. Дальнейшее усовершенствование элементов ДТЛ пошло по пути использования схемных элементов, специфичных для интегрального исполнения. В следующем поколении базовых элементов ИМС диодные сборки, применяемые в качестве элементов входной логики, были заменены многоэмиттерным транзистором. Так появилось новое схемотехническое решение — ТТЛ. После того как стали очевидны недостатки И2Л в схемах с непосредственными связями, стали сочетать элементы входной логики (диоды Шотки) с инвертором инжекционного типа.

На ранних этапах развития микроэлектроники казалось, что любое вычислительное устройство можно разделять на части, по сложности соответствующие достигнутому в это время уровню интеграции, изготовить эти части в виде ИМС, монтировать ИМС на платах, обеспечивая постепенное усовершенствование вычислительной техники. Постепенно повышалась степень интеграции и соответственно все более крупные части вычислительных устройств удавалось реализовать в виде ИМС. Однако уже при степени интеграции, соответствующей ИМС среднего уровня интеграции, выяснилось, что на пути развития микроэлектроники возникают значительные трудности. Декомпозиция вычислительных устройств на части, пригодные для интегрального исполнения, при увеличении их объема становилась все более затруднительной, росла номенклатура ИМС и возникали неоптимальные решения относительно числа внешних выводов ИМС. ИМС стали терять универсальность. Выходом из критической ситуации явилось изобретение микропроцессора (МП).

денсатор С1 в сочетании с резисторами R7 — R9 обеспечивает поворот напряжения #2 по отношению к #р для получения необходимого угла максимальной чувствительности реле фм.ч. Напряжение th — управляющее, а &г — управляемое. Для коммутации напряжения. 1/2 применены бесконтактные транзисторные переключатели V3 и V4 в интегральном исполнении типа К.Т118А. Каждый переключатель содержит пару транзисторов типа р-п-р, имеющих за счет интегрального исполнения близкие параметры.

Ввиду сложности технологии параметры элементов ИС имеют значительный разб В связи с этим для интегрального исполнения разрабатываются схемы, малочувствительные к разбросу параметров элементов, не содержащие конденсаторов, индуктивностей, высокоомных резисторов. Обычно их заменяют транзисторами, что улучшает качество интегральных схем. Промышленность в настоящее время выпускает несколько десятков серий логических интегральных элементов.

Перечисленные особенности, связанные с разработкой ИМС, позволяют сделать некоторые рекомендации по порядку их расчета, конструирования и технологии изготовления. Отметим, что почти все этапы расчета ИМС связаны с решением сложных математических задач, относящихся, в частности, к выбору оптимальной топологии, анализу нескольких вариантов, пригодных для интегрального исполнения, построению диффузионных примесных профилей и т. д. Вследствие этого достаточно точный расчет, удовлетворяющий важнейшим требованиям практического использования ИМС, может быть выполнен только с помощью ЭВМ. Все этапы создания ИМС должны быть подчинены задаче обеспечения максимальной надежности при наименьших затратах материальных ресурсов и времени конструирования и разработки.

ИМС с малой степенью интеграции. Так, если в дискретной электронике и электронике ИМС с малой степенью интеграции синтез узлов вычислительных устройств осуществляется на базе известного набора элементов, то в технике БИС синтез схемотехнического решения связан со структурой устройства, предназначенного для интегрального исполнения. В целях унификации БИС целесообразно изготовлять их для определенного класса аппаратуры. Наибольшая эффективность достигается при создании БИС регулярных структур — регистров, счетчиков, запоминающих устройств и др. Наиболее полно возможности БИС, по-видимому, будут реализованы при создании устройств на однородных настраиваемых вычислительных средах. Большие интегральные схемы призваны уменьшать число межсхемных соединений. Поэтому при определении функционального состава БИС важным критерием их качества является число выводов. Минимизация числа выводов является одной из главных задач проектирования БИС.

нении электрических свойств элементов, потенциально пригодных для интегрального исполнения данной системы. Базовыми элементами могут служить наборы ИМС первой и второй сте-. пеней интеграции или новые схемотехнические решения, параметры и характеристики которых проанализированы с помощью ЭВМ. Применительно к схемам на МДП-транзисторах на этом этапе нужно выбрать тип схем (статические на транзисторах с областями одного типа электропроводности, статические на дополняющих транзисторах, динамические двух- или четырехтактные и т. д.), который удовлетворял бы общим параметрам реализуемой системы. Существенным на этом этапе является определение экономически обоснованной степени интеграции проектируемых БИС.

Логические элементы семейства И2Л появились позднее других и очень перспективны для интегрального исполнения. По существу, они являются модификацией схем ТЛНС, у которых вместо базовых и нагрузочных сопротивлений используются инжекторы: транзисторы в роли генераторов тока. Для реализации операции И на входе элемента И2Л включают диоды Шотки. Базовый элемент семейства И2Л, выполняющий операцию И-НЕ, показан на 20.5. Как видно, базовый элемент семейства И2Л очень похож на элемент семейства ДТЛ, у которого на входе обычные диоды заменены диодами Шотки. Особенностью элементов семейства И2Л является широкое использование многоколлекторных транзисторов.

Таким образом, при использовании идентичных транзисторов с большим коэффициентом усиления по току ток второго транзистора будет повторять с высокой точностью ток первого транзистора, поэтому такие схемы часто называются отражателями тока или «токовыми зеркалами». При выборе напряжения источника тока ?^>?/э. б, ток Л практически не зависит от температуры, следовательно, и ток /2 также стабилен. Схема «токового зеркала» удобна для использования в качестве динамических нагрузок дифференциального каскада, обеспечивая получение величины сопротивления, близкого к сопротивлению (1-—100 МОм) запертого коллекторного перехода, а следовательно, и высокого коэффициента усиления всего каскада. Схема дифференциального входного каскада УПТ, предназначенного для интегрального исполнения, показана на 4.20, б. Здесь используются два транзистора VI и V4, образующих основной усилительный элемент дифференциального каскада, и две схемы «токового зеркала»: первая на транзисторах V3, V6 для задания стабильного тока дифференциальному каскаду, вторая на транзисторах V5, V2, выполняющих роль нагрузок этого каскада. Питание схемы осуществляется от двух независимых источников питания Е\ и ?2. Причем обычно Е\=Е2. Питание осуществляется относительно общей шины усилителя. Входное напряжение может подаваться любым рассмотренным выше способом к входным зажимам t/Bxl и /7Вх2, потенциал которых в исходном состоянии относительно общей шины равен нулю, т. е. в схеме выполняются следующие два соотношения:

Б обоих обозначениях триггера Q и Q соответственно означают прямой и инверсный выходы, т. е. логические уровни напряжений на этих выходах взаимно обратны: _если, например, выход Q соответствует большему потенциалу, то Q — меньшему, и наоборот. При этом на прямом выходе логический сигнал считается активным при наличии лог. 1, а. на инверсном выходе при наличии лог. 0. Следует отметить, что рассмотренные схемы триггеров, по существу, представляют собой два взаимодействующих электронных ключа. Используя электронные ключи с несколькими входами для запускающих сигналов, можно реализовать работу различных триггеров. Транзисторные ключи интегрального исполнения транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ, см. § 13.2) позволяют реализовать работу рассмотренных выше RS- и Г-триггеров. Существуют и другие типы триггеров, которые можно получить из ТТЛ ИС, например D-триггер, который подробно будет рассмотрен в гл. 13.

вместо входных диодов используется многоэмиттерный транзистор МТ\. Использование многоэмиттерного транзистора специфично для интегрального исполнения логических элементов и позволяет повысить быстродействие элементов вследствие того, что переключение клапанов происходит не через пассивные компоненты входной логики (резисторы, диоды), а через активные (переходы транзистора МТ\ эмиттер —база и база — коллектор).

На 3.20 приведена электрическая схема интегрального операционного усилителя К140УД1 и его схемное обозначение. Имея большой коэффициент усиле-

В двухвходовом компараторе ( 4.39, в) сравнивающие сигналы поступают на оба входа усилителя. Поэтому состояние выхода компаратора (полярность выходного напряжения) определяется большим по уровню напряжением одного из входов, что отражает передаточная характеристика компаратора ( 4.39, г). При равенстве входных напряжений (момент времени /i) выходное напряжение компаратора равно нулю в соответствии с принципом работы интегрального операционного усилителя. Уровень входного напряжения компаратора ограничивается допустимым синфазным входным напряжением.

5.3. Схема интегрального операционного усилителя 153УД6

В двухвходовом компараторе ( 12.25, в) сравниваемые сигналы поступают на оба входа усилителя. При этом состояние выхода компаратора (полярность выходного напряжения) определяется большим по уровню напряжением одного из входов, что отражает переходная характеристика компаратора ( 12.25, г). При равенстве входных напряжений в момент tj выходное напряжение компаратора равно нулю, что соответствует принципу работы интегрального операционного усилителя. Уровень входного напряжения компаратора ограничивается допустимым синфазным входным напряжением.

Решение. Коэффициент усиления по напряжению усилителя может быть определен из эквивалентной схемы на 7.41. В ней не учитываются входное сопротивление по синфазному сигналу* Лу и коэффициент усиления по напряжению синфазных сигналов 1"? ? §~usx.n 9 интегрального операционного уси-

Это уравнение можно упростить, учитывая соотношение полных сопротивлений. Согласно каталогу [501 типовые значения входного и выходного сопротивлений интегрального операционного усилителя составляют:

7.43. Зависимость коэффициента усиления разомкнутого интегрального операционного усилителя SN 72709 от частоты при использовании различных комбинаций элементов коррекции.

7.44. Зависимость амплитуды неискаженного выходного напряжения от частоты для интегрального операционного усилителя SN 72709 при различных комбинациях элементов коррекции.

7.46. Принципиальная схема интегрального операционного усилителя &N 72709.

5. Предложите методику определения величины RBX интегрального операционного усилителя.

Известно несколько модификаций технической реализации общей схемы автоматического управления мощностью синхронных генераторов ГЭС [48.13, 48.14]. Среди них есть варианты без схемы уравнивания с индивидуальными заданиями нагрузки каждого гидрогенератора. Сигнал равнодо-левой предписанной мощности формируется делением выходного напряжения интегрирующего задающего элемента мощности электростанции на число п параллельно работающих синхронных генераторов. В современном выполнении он представляет собой интегральный операционный усилитель с набором параллельно соединяемых резисторов R0 отрицательной обратной связи, определяющих коэффициент его передачи: как известно, при постоянном сопротивлении RBX резистора на обычно инвертирующем входе интегрального операционного усилителя (см. например, схему УС на 48.8) коэффициент передачи равен отношению эквивалентного сопротивленияR0C/nnRBX [48.7]. Такую схему группового управления активной мощностью называют схемой с радиальным распределением нагрузки ГЭС между гидрогенераторами. Она применяется совместно с электрогидравлическими АРЧВ типа ЭГР-2И.