Цифровые арифметические схемы

Делитель тока на резисторах

Для того, чтобы разделить силу тока, нам потребуются два резистора. В статье про сопротивление мы знаем, что резисторы можно соединять последовательно и параллельно. При последовательном соединении резисторов у нас на каждом резисторе падало напряжение, тем самым мы получили делитель напряжения. При параллельном соединении резисторов мы получим делитель тока.

Давайте рассмотрим вот такую схемку, состоящую из двух резисторов, соединенных параллельно:

Вот эти два резистора можно заменить одним резистором. Общее сопротивление будет равно:

Напряжение U между точками A и В считается общим для каждого резистора, так как у нас эти два резистора соединены параллельно. Значит, через них должен также протекать общий ток. Запомните правило, при параллельном соединении напряжение на резисторах одно и то же, а ток будет равен:

Как же нам определить, какой ток у нас проходит через каждый резистор? Согласно Закону Ома

Следовательно  получаем:

Отсюда 

и

Проще говоря, если вместо какого-то резистора подсоединить какую-нибудь нагрузку, например, вентилятор от компьютера, то мы можем регулировать в ней силу тока, а следовательно и мощность, параллельно выводам подключив какой-нибудь резистор. А какой именно, можно посмотреть на формулы. Этот процесс называется шунтирование.

Как работает неинвертирующий усилитель на ОУ на примере

Это также можно легко проверить с помощью программы Proteus. Схема будет выглядеть вот так:

Давайте рассчитаем коэффициент усиления K_U.  K_U = 1+R2/R1=1+90к/10к=10. Значит, наш усилитель должен ровно в 10 раз увеличивать входной сигнал. Давайте проверим, так ли это. Подаем на неинвертирующий вход синусоиду с частотой в 1кГц и смотрим, что имеем на выходе. Для этого нам потребуется виртуальный осциллограф:

Входной сигнал – это желтая осциллограмма, а выходной сигнал – это розовая осциллограмма:

Как вы видите, входной сигнал усилился ровно в 10 раз. Фаза выходного сигнала осталась такой же. Поэтому такой усилитель называют НЕинвертирующим.

Но, как говорится, есть одно “НО”. На самом же деле в реальном ОУ имеются конструктивные недостатки. Так как Proteus старается эмулировать компоненты, приближенные к реальным, давайте рассмотрим амплитудно-частотную характеристику (АЧХ), а также фазо-частотную характеристику (ФЧХ) нашего операционника LM358.

История

Подробнее по этой теме см. История компьютера.
См. также: История АВМ

• 1623 год и 1624 год — Вильгельм Шиккард в двух письмах Кеплеру описывает считающие часы, в которых одной из трёх главных частей был механический десятичный 6-ти разрядный сумматор.
• 1645 год — Паскаль создал механическую суммирующую машину «Паскалину» с механическим десятичным сумматором.
• 1673 год — Лейбниц создал механический калькулятор, в котором был механический цифровой десятичный сумматор на механическом счётчике.
• 1938 год — в телефонной компании Bell Laboratories создали первый электронный двоичный сумматор, автором идеи был Джордж Штибиц.

Четырехразрядный сумматор

Четырехразрядные сумматоры 155ИМЗ и 561ИМ1 построены по схеме, показанной на рис. 6.97, за исключением логики формирования переноса с. На рис. 6.99 показана схема 12-разрядного параллельного двоичного сумматора с последовательными внутренним ( внутри ИС) и внешним переносами. Данный сумматор может быть использован и для вычитания 12-разрядных двоичных чисел, если они представлены в дополнительном коде.
 

Четырехразрядный сумматор построен по схеме группового сумматора ( см. гл.
 

Микросхема представляет собой полный четырехразрядный сумматор со сквозным переносом.
 

Микросхемы представляют собой полный четырехразрядный сумматор со сквозным переносом.
 

С помощью четырехразрядных сумматоров СМ2 и СМ4 образуются значения с 8-го по 11 — й разряд. Старшие разряды ЯЗУ4 образуют с 12-го по 15 — й разряды произведения. В данном случае пятый сумматор используется неэффективно, что, однако, не способствует унификации применяемых узлов.
 

Структурная схема четырехразрядного сумматора с одновременным формированием переносов приведена на рис. 2.102. Такой сумматор представляет собой трехступенчатую комбинационную схему.
 

На рис. 19.29 приведена блок-схема четырехразрядного сумматора со схемой ускоренного ( параллельного) переноса.
 

Проследим процесс сложения двух чисел на четырехразрядном сумматоре параллельного действия по рис. 10.11. Сумматор состоит из двух групп последовательно включенных полусумматоров См1 — См. Положительные числа поступают из ОЗУ в приемные регистры АЛУ в прямом коде, отрицательные — в дополнительном коде.
 

Распознать третий и четвертый случаи несколько сложнее, так как для этого нужна схема, фиксирующая близость абсолютных величин остатка и делителя. Такой схемой может быть, например, четырехразрядный сумматор, на вход которого поступают прямой код Y и прямой или обратный код остатка. Однако без существенного снижения быстродействия можно не фиксировать третий и четвертый случаи. Y, то это означает, что в одном из предыдущих тактов осуществлялась операция сложения отрицательного остатка R / с Y, в результате чего образовался большой положительный остаток. Но в этом случае R / должен иметь группу единиц в старших разрядах и, следовательно, должен быть зафиксирован второй случай. Правда, при сдвигах по нулям остатка ( при быстром получении группы нулей частного) указанный случай все же может возникнуть, однако вероятность этого мала.
 

На четырех младших разрядах ПЗУг возникают сигналы, соответствующие произведению перемножаемых чисел. Старшие разряды ( с четвертого по седьмой) должны складываться с соответствующими разрядами частичных произведений. Поэтому они заводятся на схему четырехразрядного сумматора СМг. Выходы ЯЗУ2 и ЯЗУ3 соответствуют разрядам с 4-го по 7 — й и с 8-го по 11 — й произведения, причем эти же разряды участвуют в формировании значения старших разрядов ПЗУ Все эти группы разрядов ЯЗУг ч — ПЗУ3 объединяют с помощью сумматоров СМг и СМ3, в результате чего возникают соответствующие с 4-го по 7 — й разряды произведения.
 

В этом случае символы 0 и 1 являются числами 0 и 1, поэтому такие К. С могут быть реализованы с помощью двоичных сумматоров. Так как все входные переменные имеют одинаковый вес — 1, то для их сложения с целью последующего сравнения с порогом k требуются одноразрядные двоичные сумматоры. Чаще всего в сериях микросхем выпускаются четырехразрядные сумматоры, использование которых в качестве одноразрядных сумматоров неэффективно.
 

Далее по отдельности загружаются регистры А и В. Нажимается клавиша с нужной цифрой на клавиатуре с одновременной подачей одного тактового импульса на вход CLK. Двоичное число, которое загружено в регистр А, появляется на индикаторе А. Для загрузки регистра В на входе Загрузка Б устанавливается 1, а на входе Загрузка А-0. Четырехразрядный сумматор 7483 мгновенно складывает оба числа, и сумма сразу появляется на выходном цифровом индикаторе.
 

Инвертирующий усилитель

Наибольшее распространение среди схем на ОУ, получила схема инвертирующего усилителя и производные от данной схемы: различные типы инвертирующих сумматоров. Схема инвертирующего усилителя показана ниже

Инвертирующий усилитель.

Данная схема состоит из операционного усилителя DA1 и резисторов R1 и R2. В данной схеме операционный усилитель DA1 охвачен параллельной отрицательной обратной связью (ООС) по напряжению.

Для рассмотрения работы данной схемы вспомним одно из основных соотношений в идеальном ОУ: напряжение между входами равно нулю. Исходя из этого, неинвертирующий и инвертирующий входы ОУ имеют одинаковый потенциал относительно общего вывода, в данном случае этот потенциал равен нулю (часто точку соединения резисторов R1 и R2 называют виртуальной землёй). Вследствие этого токи протекающие через резисторы R1 и R2 должны уравновешивать друг друга, то есть быть одинаковыми по значению но разными по знаку

где I_R1, I_R2 – токи, протекающие через резисторы R1 и R2 соответственно.

Исходя из этого, коэффициент усиления данной схемы составит

Знак «-» показывает, что выходной сигнал инвертирован по отношению к входному .

Входное сопротивление данной схемы получается из последовательно соединённых сопротивлений R1 и параллельно соединённых входного сопротивления ОУ R_BX.ОУ и уменьшенного в 1+K_ОУ раз сопротивления обратной связи R2

где К_ОУ – коэффициент усиления ОУ.

В общем случае, когда коэффициент усиления операционного усилителя К_ОУ имеет достаточно большую величину можно считать, что входное сопротивления инвертирующего ОУ будет равно сопротивлению R1.

Выходное сопротивление инвертирующего усилителя, состоящего из ОУ охваченного параллельной ООС по напряжению, вычисляется по той же формуле, что и неинвертирующий усилитель.

Добротная каноничность

Simaudio Moon 600i V2 можно назвать каноническим аппаратом. Транзисторный усилитель, в корпусе которого — только усилитель и ничего более. До 5 Вт работает в классе А, затем переходит в AB. Без отрицательной обратной связи. Двойное моно честное — не попытка показать внутри корпуса симметрию, а разделение, которое начинается с двух равновеликих силовых тороидальных трансформаторов.

Кстати, здесь я удовлетворил свой интерес на предмет того, кто же делает для Simaudio Moon силовые трансформаторы. В данном конкретном аппарате они произведены американской компанией Avel Lindberg, а намотаны они на заводе в Шри-Ланке. Вот такая глобализация. Впрочем, ничего плохого я тут не вижу.

Система, в которой проходило тестирование Simaudio Moon 600i V2

Дальше по начинке я не нашел ничего необычного: добротная сборка, приличные комплектующие, в том числе и заказные. Вот это как раз тот случай, когда отсутствие необычного скорее радует. Не скажу, что оригинальность это плохо, но когда в предусилителе и одновременно цифровом источнике Simaudio Moon 390 я обнаружил импульсный блок питания — было немного не по себе.

Впрочем, усилители с импульсным качеством и приличным звуком мне встречались — и в данном случае тоже все закончилось хорошо. Но аудиофильский консерватизм, он такой: посмотрел на внутренности Simaudio Moon 600i V2 — и успокоился.

Органы управления традиционно асимметричны и так же традиционно понятны

Функционал здесь простой. Входы только линейные, с возможностью индивидуальной подстройки ±10 дБ. Выходную громкость тоже можно ограничить для каждого входа, а входам можно присвоить собственные названия. Кроме того, если усилитель поддерживает совместное управление SimLink и работает в паре с цифровым источником, поддерживающим фирменную технологию MiND, то через родное приложение на планшете есть возможность управлять громкостью и входами.

Подобную коммутацию можно настроить только на один вход — по умолчанию это балансный вход усилителя. Также у аппарата есть пара небалансных линейных выходов, две пары акустических клемм и интерфейс управления RS232.

Одно несколько расстроило — схемотехника заявлена как балансная, а балансный вход только один. То есть если вдруг владельцу захочется использовать и приличный родной цифровой источник, и, к примеру, не самый младший родной же фонокорректор — то придется выбирать, что подключить по балансному соединению, а что по небалансному. Нелогично. У самого старшего Simaudio Moon 700i v2, кстати, конфигурация входов точно такая же, так что дело тут не в экономии.

Заявлена очень плавная регулировка громкости M-eVOL2, использующая R2R-матрицу — такая же, как в старшем предусилителе бренда. Забегая вперед, скажу — действительно очень плавная регулировка. Настолько плавная, что я даже не знаю, нужно ли это в таком виде. Зато даже на небольшой громкости звук сохраняет цельность и стройность, не становится плоским. Вот, пожалуй, и все — дальше только слушать.

Ножки-опоры Simaudio Moon 600i V2 — такие характерны для всей старшей серии

И еще один момент, по поводу установки. В принципе, логичнее всего расставить компоненты в стойку, самым привычным образом. И в случае с усилителем именно так и надо поступить — все таки он достаточно ощутимо греется и нуждается в воздухе. А вот с другими компонентами производителя можно поступить иначе — использовать Evolution Series Bridge.

Это специальные проставки, снабженные демпферами, которые позволяют устанавливать компоненты друг на друга (логично, что подходят они для аппаратов старшей серии с одинаково расположенными опорными точками-треугольниками на корпусах). В случае, когда аппараты из тех, что не дают значимого нагрева, это может оказаться неплохим вариантом, если вы стеснены в возможности использовать большую классическую аппаратную стойку.

Силовой каркас корпуса. Металлические треугольники это и часть радиатора и опора, позволяющая устанавливать аппараты друг на друга

Тестовая система состояла из ЦАПа Simaudio Moon 780D v2, проигрывателя Simaudio Moon 650D (работал исключительно в роли внешнего дискового транспорта) и полочников Dynaudio Confidence 20. Кстати, эту акустику в похожем сочетании я слышал не в первый раз — компоненты Simaudio Moon стоят в шоуруме на фабрике Dynaudio.

Для установки аппаратов один на другой предназначены вот такие опциональные проставки — Evolution Series Bridge

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

Внимание! 800 рублей для новичков на Aliexpress Регистрируйтесь по нашей ссылке. Если вы впервые на Aliexpress — получите 800.00₽ купонами на свой первый заказ.. Цифровой осциллограф DSO138

Кит для сборки

Цифровой осциллограф DSO138. Кит для сборки

Функциональный генератор. Кит для сборки

Настраиваемый держатель для удобной пайки печатных плат

Юрий (yura)
Ц.Ф.О. Рязань
Список всех статей

Профиль yura

Живу в нескольких километрах от Рязани.Работаю в самой Рязани на нефтезаводе. Начальник участка компрессорных установок.Радиолюбительством занимаюсь с 1989г. Основные направления интересов:усилители (предварительные, оконечные) и то что с ними связано; устройства обработки звука; аналоговая запись; радиоприём; ну и остальное по-немножку.

Выбор компонентов схемы

Для нормального функционирования схем необходимо, что бы в элементах не было превышения предельно допустимых параметров (ток, напряжение, мощность), поэтому при разработке схем существуют некоторые пределы в которых должны находиться значения пассивных компонентов.

В схеме инвертирующего усилителя такими компонентами являются резисторы R1 и R2. Сопротивление резистора R1 определяет входное сопротивление схемы. Его необходимо увеличивать, чтобы не допустить перегрузку источника сигнала, поэтому его сопротивление выбирают в пределах 1…10 кОм, реже десятков кОм.

Величина резистора R2 существенно влияет на шумовые параметры усилителя (с увеличением R2 растёт дрейф нуля), поэтому его необходимо выбирать минимальной величины. Однако на величину сопротивления R2 накладывается ограничение, по максимально допустимому выходному току ОУ, поэтому для большинства случаев можно рекомендовать выбирать R2 по следующей формуле

В общем случае величина сопротивления резистора R2 лежит в пределах 20…100 кОм, реже 0,1…10 Мом.