ZAGADNIENIA:

1. Diody półprzewodnikowe, rodzaje, zastosowania, charakterystyki
2. Wzmacniacze operacyjne - cechy idealnego wzmacniacza
3. Wzmacniacze operacyjne - układy pracy (odwracający, nieodwracający, różniczkujący, całkujący i inne), właściwości (wzmocnienie, charakterystyki itp)
4. Warunki generacji, dlaczego wykorzystuje się obie pętle sprzężenia zwrotnego.
UWAGA: W pracach jak najmniej tekstu a jak najwięcej układów, wzorów, charakterystyk.

ROZWIĄZANIA:

1. DIODY PÓŁPRZEWODNIKOWE (rodzaje, zastosowanie, charakterystyki):

DIODA – dwuzaciskowy pasywny element nieliniowy zazwyczaj na złączach p-n (do „p” anoda do „n” katoda)

Rodzaje diod:

• DIODY PROSTOWNICZE – przeznaczone głównie do prostowania prądu przemiennego. Zdolne do przewodzenia prądu o dużym natężeniu. Mogą posiadać złącze p-n lub złącze metal-przewodnik (Schottky’ego). Najpopularniejszym zastosowaniem diody prostowniczej jest prostowanie napięcia o częstotliwości sieciowej, czyli w Polsce 50 Hz.

• DIODY UNIWERSALNE – są to diody GERMANOWE i KRZEMOWE charakteryzujące się niewielkim zakresem napięć (do 100 V) i prądów (do 100 mA) oraz częstotliwością pracy ograniczoną do kilkudziesięciu megaherców. Przeznaczone są głownie do stosowania w układach detekcyjnych i prostowniczych małej mocy.

• STABILIZACYJNE (DIODA ZENERA) – odmiana diody półprzewodnikowej, której głównym parametrem jest napięcie przebicia złącza p-n. Stosowana w układach stabilizacji napięcia i prądu.

• DIODY IMPULSOWE - charakteryzują się bardzo dużą szybkością pracy - rzędu nanosekund lub mikrosekund przy wyższych napięciach. W zależności od zastosowania mogą to być diody prostownicze, diody detekcyjne, diody zabezpieczające itp.

• DIODY POJEMNOŚCIOWE (WARIKAPY, WARAKTORY) - wykorzystują zjawisko zmiany pojemności złącza p-n pod wpływem zmiany napięcia przyłożonego w kierunku zaporowym. Warikapy (zmienna pojemność), Waraktory (zmienna reaktancja)

• DIODY TUNELOWE – diody te dla pewnego zakresu napięć polaryzujących charakteryzują się ujemną rezystancją dynamiczną. Wykonywane są z krzemu, arsenku galu, antymonku galu oraz – obecnie bardzo rzadko – z germanu.

• FOTODIODY – dioda półprzewodnikowa pracująca jako fotodetektor. Zastosowania, bateria słoneczna, nieliniowy rezystor, w którym opór zależy od strumienia światła.

• DIODY ELEKTROLUMINESENCYJNE (LED) -  diody zaliczane do półprzewodnikowych przyrządów optoelektronicznych, emitujących promieniowanie w zakresie światła widzialnego, podczerwieni i ultrafioletu. Zastosowanie, światłowody, sygnalizacja świetlna, latarki, monitory RGB i wiele innych.

• DIODY MIKROFALOWE - dioda półprzewodnikowa lub próżniowa przeznaczona do pracy w zakresie częstotliwości mikrofalowych. Półprzewodnikowe diody mikrofalowe są stosowane głównie w układach generacyjnych, detekcyjnych i mieszających. Przykładem mikrofalowej diody próżniowej jest magnetron stosowany m.in. w radarach i kuchenkach mikrofalowych.

1. WZMACNIACZE OPERACYJNE (cechy idealnego wzmacniacza):

Cechy idealnego wzmacniacza:

• nieskończenie duże różnicowe wzmocnienie napięciowe: $A_{u} = \frac{U_{0}}{U_{+} - U_{-}} = \frac{U_{0}}{U_{d}} \rightarrow \infty$,

• zerowe wejściowe napięcie niezrównoważenia

• nieskończenie duża impedancja wejściowa,

• zerowa impedancja wyjściowa,

• nieskończenie szerokie pasmo przenoszonych częstotliwości,

• nieskończenie duży zakres dynamiczny sygnału,

• Nieskończenie duże tłumienie sygnału współbieżnego: CHRR ∞,

• Nieskończenie duży dopuszczalny prąd wyjściowy,

• Zerowy prąd wejściowy,

• Nieskończenie duże wzmocnienie napięciowe przy otwartej pętli przy otwartej pętli sprzężenia zwrotnego.

1. WZMACNIACZE OPERACYJNE (układy pracy, właściwości):

• WZMACNIACZ ODWRACAJĄCY

• WZMACNIACZ NIEODWRACAJĄCY

• WTÓRNIK NAPIĘCIOWY

• WZMACNIACZ RÓŻNICOWY

• WZMACNIACZ SUMUJĄCY

• KONWERTER NAPIĘCIE-PRĄD

• WZMACNIACZ CAŁKUJĄCY (INTEGRATOR)

• WZMACNIACZ RÓŻNICZKUJĄCY (R i C zamienione miejscami)

1. WARUNKI GENERACJI – dlaczego wykorzystuje się obie pętle sprzężenia zwrotnego:

Dla pewnej częstotliwości , nazywanej pulsacją pseudorezonansową spełnione muszą być warunki generacji: amplitudy i fazy. Najczęściej wyróżniane są dwa przypadki:

• Wzmacniacz i przesuwnik odwracają fazę o 180°, co daje łączne przesunięcie równe 360° i zapewnia spełnienie warunku fazy.

• Przesunięcie wnoszone przez blok RC wynosi 360°, wzmacniacz nie odwraca fazy, co również spełnia warunek fazy.

Wzmocnienie wzmacniacza musi być w obu przypadkach większe od tłumienia obwodu RC, by mógł być spełniony warunek amplitudy.

a) warunek fazy - musi zachodzić zgodność fazy sygnałów na wejściu i wyjściu wzmacniacza tzn.: Faza we + Faza wy = 0 + n × 360stopni, (n = 0, 1, ...)

b) warunek amplitudy - ma postać: Ku = 1 (wtedy wzmacniacz staje się układem niestabilnym: 1 - Ku = 0) wzmocnienie układu wzmacniacza musi być większe ( lub co najmniej równe ) niż tłumienie pętli sprzężenia zwrotnego