Einführung in analoge integrierte Schaltungen

Analog Schaltungen sind Schaltungen, die sich mit Signalen befassen, die frei von Null bis zur vollen Versorgungsspannung schwanken können. Dies steht im Gegensatz zu digital Schaltungen, die fast ausschließlich „Alles-oder-Nichts“-Signale verwenden:Spannungen, die auf Werte von Null und volle Versorgungsspannung beschränkt sind, ohne gültigen Zustand zwischen diesen extremen Grenzen. Analoge Schaltungen werden oft als linear bezeichnet Schaltungen, um die gültige Kontinuität des in digitalen Schaltungen verbotenen Signalbereichs hervorzuheben, aber diese Bezeichnung ist leider irreführend.

Nur weil ein Spannungs- oder Stromsignal glatt zwischen den Extremwerten der Null- und der vollen Stromversorgungsgrenze schwanken darf, bedeutet dies nicht unbedingt, dass alle mathematischen Beziehungen zwischen diesen Signalen in der „Geraden . linear sind “ oder „proportional “ Sinn des Wortes. Wie Sie in diesem Kapitel sehen werden, sind viele sogenannte „lineare ” Schaltungen sind ziemlich nicht linear in ihrem Verhalten, entweder durch die Notwendigkeit der Physik oder durch Design.

Die Schaltungen in diesem Kapitel verwenden IC , oder integrierter Schaltkreis , Komponenten. Solche Komponenten sind eigentlich Netzwerke miteinander verbundener Komponenten, die auf einem einzigen Wafer aus halbleitendem Material hergestellt werden. Integrierte Schaltungen mit einer Vielzahl vorgefertigter Funktionen sind zu sehr geringen Kosten erhältlich, von denen Studenten, Bastler und professionelle Schaltungsdesigner gleichermaßen profitieren.

Die meisten integrierten Schaltkreise bieten dieselbe Funktionalität wie „diskret . ” Halbleiterschaltungen mit höherer Zuverlässigkeit und zu einem Bruchteil der Kosten. Normalerweise wird die Schaltungskonstruktion mit diskreten Komponenten nur dann bevorzugt, wenn die Verlustleistung für integrierte Schaltungen zu hoch ist.

Operationsverstärker

Der vielleicht vielseitigste und wichtigste analoge integrierte Schaltkreis, den der Schüler beherrschen muss, ist der Operationsverstärker oder Operationsverstärker . Im Wesentlichen nichts anderes als ein Differenzverstärker mit sehr hoher Spannungsverstärkung, Operationsverstärker sind das Arbeitspferd der analogen Designwelt. Durch geschicktes Anwenden von Feedback vom Ausgang eines Operationsverstärkers auf einen oder mehrere seiner Eingänge kann eine Vielzahl von Verhaltensweisen von diesem einzelnen Gerät erzielt werden. Viele verschiedene Operationsverstärkermodelle sind zu geringen Kosten erhältlich, aber die in diesem Kapitel beschriebenen Schaltungen enthalten nur allgemein verfügbare Operationsverstärkermodelle.