О космосе - общая ветка

[backfire]

2014, это плюс на общий провод/корпус, минус на вход питания.

 

[mErLin]

2014, в сфере усиления сигналов однополярное питание (т.е. 0..+N вольт) вообще считается некошерным. В героические для аналоговой электроники времена операционные усилители были предназначены, прежде всего, для выполнения определённых элементарных математических операций - сложения-вычитания, умножения-деления, интегрирования-дифференцирования и т.п. (а не для усиления воздействия визгов элвисов пресли не неокрепшие девичьи умы). Отсюда и название. Первоначально это были просто унифицированные сборки размером с кирпич, от которых есть пошли современные микросхемы-"операционники". При выполнении операций над "вещественными" переменными в аналоговой технике важно было обеспечить жёсткий ноль и строгий баланс между положительной и отрицательной областью. Чтобы ноль не плавал, его надо было сделать, действительно, нулём, а не 0.5Vmax.вх. Ну и минимум потребления при 0 на входе - тоже иногда немаловажен.

Есть, конечно, и униполярные микросхемы. Но их область применения специфична, либо внутри имеется свой преобразователь питающего напряжения, а внутренняя структура - симметрична. Некоторые микросхемы позволяют подводить на минусовое питание 0 с определённым ухудшением характеристик.

 

[ЛевМих]

Объясните недобитому гуманитарию: а это КАК?

К сожалению, iЛетун и backfire ответили, мягко выражаясь, неточно, а уважаемый "почти электронщик" mErLin - и совсем не в тему ЭСЛ, и вообще неправильно (категорически опровергну попозже). Так что придется отвечать мне - тем более, что гораздо интереснее и даже поучительно не КАК, а почему и зачем.

В конце поста повторяю схему типичного простейшего элемента классических серий ЭСЛ (4ИЛИ/4ИЛИ-НЕ). В общем случае, надо подключить Ucc1 и Ucc2 к "+" источника питания с выходным напряжением 5,2В, а Uee к "-" того же источника, а логические уровни нуля и единицы выходных напряжений логического элемента в любом случае будут где-то между этими "+" и "-" (и примерно посередине между лог.0 и лог.1 должен быть порог переключения входа логического элемента). А вот какой потенциал принять за нулевой (условно - "заземлить") - теоретически непринципиально. Принципиально лишь то, чтобы эти уровни (питания и логические) совпадали у всех ИС, непосредственно связанных в одной системе.

Но по некоторым важным причинам авторы ЭСЛ первых двух поколений настаивали на заземлении именно "+" питания - и именно относительно этой "земли" можно сказать, что питание ЭСЛ классических серий МС10К/100/К500 осуществляется напряжением -5,2В (подачей -5,2В на Uee). Кстати, в этом случае порог переключения входов - около -1,3В, уровень лог.0 - около -1,7В, а лог.1 - около -0,9В. Вопрос - "почему и зачем" ЭСЛ питается так необычно для логики. Ведь все остальные логические семейства, кроме быстро промелькнувшего сугубо бытового семейства рМОП (цифровой ширпотреб типа дешевых электронных будильников и старинных калькуляторов конца 70х - начала 80х), имеют плюсовое питание.

Коротко: "заземление" "+" питания (выражаясь точнее, использование "+" в качестве "Общего") для конкретной схемотехники ЭСЛ по некоторым фундаментальным техническим причинам обеспечивает значительно меньший уровень помех в сигнальных цепях, чем заземление "-". А подробно - см. ниже.

Дело в том, что при переключении логического элемента происходит резкий скачок тока через его выход и через вывод Ucc2. При нагрузке 50 Ом, типичной для ЭС, этот скачок равен 0,8В/50Ом=16мА и происходит за время менее 2нс. А кроме того, есть еще короткий импульс тока перезарядки емкости нагрузки: типичная емкость порядка (10...20)пФ, и амплитуда импульса тока равна (10...20)пФ*0,8В/2нс=(4...8)мА в течение 2нс. Эти скачок и импульс тока создают импульсы напряжения на индуктивностях выводов ИС и шин питания и "земли".

Если непосредственно соединить выводы Ucc1 и Ucc2 и подключить их к "+" питания, а заземлить "-" питания, то указанный импульс напряжения на шине питания "+", вызванный скачком и импульсом тока через вывод Ucc2, будет действовать на цепь Ucc1, создавая помеху в цепях логических сигналов. Эта помеха будет намного меньше, если заземлить не "-", а "+" питания, поскольку импульс напряжения на "+" питания передается в сигнальные цепи почти без ослабления, а такой же импульс на "-" питания в несколько раз ослабляется в схеме переключателя тока в элементе ЭСЛ.

А для уменьшения импульса напряжения между разными точками "земли", эту "землю" в скоростных схемах надо делать сплошной или сетчатой по всей площади печатной платы (это надо делать и ради стабилизации волнового сопротивления полосковых линий связи и устранения перекрестных помех между ними) - индуктивность такой "земли" мала. Еще лучше - многослойная плата с раздельными слоями "сигнальной земли" Ucc1 и "земли нагрузок" Ucc2, которые соединяются только в месте подключения источников питания к плате (нагрузки 50 Ом питаются от отдельного источника -2В).- и именно так и делают в серьезных устройствах на ЭСЛ, и именно для этого разделены выводы Ucc1 и Ucc2.

В частности, в типовых элементах замены (ТЭЗ) ЕС ЭВМ "Ряд 2" - 8-слойные платы, в которых 4 слоя питания (2 раздельных "земляных" слоя Ucc1 и Ucc2, слой -5,2В и слой -2В), а между ними - 2 пары сигнальных слоев с ортогональной трассировкой (для минимизации перекрестных помех). И все слои питания связаны между собой по высокой частоте многими десятками керамических блокировочных конденсаторов, равномерно распределенных по плате среди 60 ИС ЭСЛ.

А в более поздних сериях ЭСЛ стали применять также и питание, обычное для "стандартной логики": +5В или +3,3В. Это объясняется применением совсем миниатюрных корпусов ИС с меньшей длиной выводов (и меньшей их индуктивностью), тотальным применением многослойных плат в скоростных устройствах и применением большого количества миниатюрных безвыводных блокировочных конденсаторов (типичный размер в плане 1,6*0,8 мм). Все это позволило обеспечить приемлемый уровень помех и при плюсовом питании, несмотря на рост быстродействия ИС ЭСЛ.

ЗЫ. Поправил по замечанию MikVolg'a (выделено цветом)

 

[MikVolg]

ЛевМих,
Вот я, человек в общем не чуждый электроники и имеющий представление о комплексности сопротивлений и прочих "вкусностях" ВЧ, к сожалению так и не понял, как полярность питания влияет на помехозащищённость.
Импульс, он ведь не может идти только по плюсовой шине. Кирхгоф об этом очень давно сказал. Сумма токов, что по плюсовой, что по минусовой шинам должна быть одинакова.
Поясните пожалуйста.

 

[ЛевМих]

... к сожалению, так и не понял, как полярность питания влияет на помехозащищённость.
Импульс, он ведь не может идти только по плюсовой шине. Кирхгоф об этом очень давно сказал. Сумма токов, что по плюсовой, что по минусовой шинам должна быть одинакова.

MikVolg, спасибо за справедливое замечание. Я виноват - сделал акцент на сплошной "земле" в качестве "+" питания и на раздельных выводах Ucc1 и Ucc2, а различие чувствительности схемы ЭСЛ к помехам по "+" и "-" я "держал в уме", как очевидное, - но надо было его "разжевать". Сейчас исправлюсь.

Разумеется, импульсы напряжения на конструктивно одинаковых шинах в цепях "+" и "-" питания, вызванные скачками и импульсами выходного тока, будут одинаковыми по величине. Но коэффициент передачи этих импульсов напряжения в сигнальные цепи во много раз меньше с цепи "-", чем с цепи "+", из-за особенностей схемы элемента ЭСЛ. Конкретно, импульс напряжения с шины "+" передается через коллекторные резисторы на выходы эмиттерных повторителей практически без ослабления, и на базу правого транзистора переключателя тока - лишь с небольшим ослаблением (на четверть). А аналогичный импульс напряжения с шины "-" в несколько раз ослабляется делителями напряжения, образованными резисторами, нижними и верхними по схеме (эмиттерный и коллекторный резисторы в ПТ и резисторы базового делителя напряжения) - сопротивление "нижних" резисторов в 3...4 раза (уточнять лениво) больше, чем соответствующих "верхних".

И хочу обратить внимание, что помеху создает не само наличие импульсного напряжения на шине питания, а лишь различие этого импульсного напряжения в разных точках этой шины из-за локализации скачков и импульсов тока в точках подключения конкретных ИС к этой шине и конечной индуктивности этой шины. Широкие шины (в идеале - сплошные или сетчатые слои питания в многослойной плате) нужны как раз для уменьшения этой индуктивности.

И еще примечание. В ИС любого семейства "стандартной логики" уровень лог.1 на выходе ИС "повторяет" (в ТТЛ - со сдвигом, в КМОП - без сдвига) напряжение на шине "+" питания, а порог переключения входа "привязан" к шине "-" питания ("Общий"). Это в принципе плохо, но в этих семействах в несколько раз больше перепад логических уровней и во много раз меньше скорость переключения. Поэтому проблема помехоустойчивости в ЭСЛ минимум на порядок острее, чем в "стандартной логике".

ЗЫ. Поправил предыдущий пост с учетом замечания MikVolg'a.

 

[2014]

ЛевМих, правильно ли я понял, что керосин заливают прямо в микросхему напряжение подаётся со стороны земли, при этом электросчётчик крутится в обратную сторону и Чубайс попал на деньги?

 

[MikVolg]

ЛевМих,
Ну тогда ещё один вопрос с Вашего позволения.
Использование npn транзисторов в данном элементе обусловлено технологиями микросхемотехники? Ведь стоит поставить в элемент транзисторы pnp и мы получим ровно обратную картину, когда выгоднее использовать общий "-" и не городить огород.

 

[ЛевМих]

Использование npn транзисторов в данном элементе обусловлено технологиями микросхемотехники? Ведь стоит поставить в элемент транзисторы pnp и мы получим ровно обратную картину, когда выгоднее использовать общий "-" и не городить огород.

Хороший вопрос, на который стОит ответить подробно. Тут главное - не технологические проблемы (они есть, но успешно решаемы), а принципиальное превосходство биполярных транзисторов прп над рпр по совокупности параметров и, прежде всего, в разЫ по быстродействию (в разЫ - при прочих равных параметрах). Это же относится к полевым транзисторам, как с рп переходам, так и с изолированным затвором (МОП): в обоих случаях транзисторы с п-каналом в разЫ лучше, чем с р-каналом.

Причина этого различия - достаточно фундаментальная. В прп транзисторах основную "полезную работу" делают электроны, а в рпр транзисторах - "дырки", а подвижность электронов в разЫ больше, чем подвижность дырок, и именно это приводит к указанному различию параметров транзисторов. Как следствие, рпр транзисторы и полевые транзисторы с р-каналом применяют или во вспомогательных цепях (где ценна альтернативная полярность, но не требуются крутые параметры), или в комбинированных структурах типа КМОП логики, где "системный" выигрыш от применения этой структуры намного перевешивает ухудшение отдельных параметров. И ведущие фирмы выпускают в десятки раз больше типов дискретных транзисторов со структурой прп или с п-каналом, чем рпр или с р-каналом ("альтернативно одаренных").

На всякий случай напомню смысл терминов. Дырка - это квазичастица с положительным зарядом, формально описывающая отсутствие электрона там, где ему надо бы быть в равновесной ситуации; заряд дырки, очевидно, оличается от заряда электрона только знаком, а вот масса и подвижность отличаются от их значений для электрона. Подвижность заряженных частиц или квазичастиц в полупроводнике, плазме или электролите - это отношение скорости их дрейфа в электрическом поле к напряженности этого поля

А насчет технологии - так проблема не столько в типе проводимости, сколько в сложности производства обоих типов в одном и том же кристалле в одном технологическом маршруте. Более того, ИС логики рМОП ненадолго появились как раз из-за их относительной технологической простоты и соответствующей дешевизны.

 

[ЛевМих]

Ну так я крутил и вертел по всякому в мозгу лекцию, и так и не придумал как гуманитарию рассказать

Если кратко - то можно только попытаться четко сформулировать факт. В данном случае, ИМХО, ниже - исчерпывающее описание фактов, достаточно понятное гуманитарию, технически грамотному на бытовом уровне (т.е., умеющему зарядить и поменять аккумуляторы в "мыльнице" и элементарно представляющем принципы электропроводки в своей квартире).

... надо подключить Ucc1 и Ucc2 к "+" источника питания с выходным напряжением 5,2В, а Uee к "-" того же источника, а логические уровни нуля и единицы выходных напряжений логического элемента в любом случае будут где-то между этими "+" и "-" .... А вот какой потенциал принять за нулевой (условно - "заземлить") - теоретически непринципиально. Принципиально лишь то, чтобы эти уровни (питания и логические) совпадали у всех ИС, непосредственно связанных в одной системе.

... Вопрос - "почему и зачем" ЭСЛ питается так необычно для логики. ...

Коротко: "заземление" "+" питания (выражаясь точнее, использование "+" в качестве "Общего") для конкретной схемотехники ЭСЛ по некоторым техническим причинам обеспечивает значительно меньший уровень помех в сигнальных цепях, чем заземление "-".

А более подробное и глубокое объяснение этих фактов любому неглупому человеку также возможно - но только пошаговым "ликбезом" по специально придуманному минимальному маршруту. В порядке обмена опытом и для развлечения общества повторю свой рассказ об одном из нескольких подобных случаев из моей практики.

2. В 95 г. я попал в больницу. Соседом по палате был 27-летний филолог Кеша, который также закончил какую-то сугубо гуманитарную спецшколу, и для него физика также закончилась в 7 классе. Но Кеша был любопытен и задавал мне разнообразные вопросы о природе вещей, на которые я отвечал серьезно, проводя необходимый ликбез по физике, без бумажки и с умеренной жестикуляцией. Основные принципы – от простого к сложному, максимум наглядных примеров и аналогий («Вот и у птичек также» (С)).

Я хорошо помню логическую схему моего ответа на вопрос о физическом происхождении музыки: почему поет струна скрипки и почему звучит органная труба. Эта схема была следующая.

1) Достаточно системный ликбез по основам колебаний и волн применительно к музыке:
- колебания грузика на пружинке,
- основное колебание струны как обобщение грузика на пружинке,
- распространение волн в длинной струне, на воде и в воздухе,
- стоячие волны в струне и высшие гармоники струны, тембр звука,
- резонатор Гельмгольца как аналог грузика на пружинке (это «кувшин», в котором роль грузика играет масса воздуха в горлышке, а пружинки – упругость воздуха в объеме),
- корпус скрипки как резонатор Гельмгольца,
- органная труба как резонатор, основное колебание и высшие гармоники трубы.

2) Минимальный ликбез по возбуждению автоколебаний в протяженных объектах:
- рост бугров и ям на снежной горке при ее эксплуатации (при исходном наличии неровностей, лыжник или санки движутся по слегка волнообразной траектории и, как следствие, все меньше давят на снег на буграх и все больше – в ямках),
- более общий случай – образование волн на границе раздела двух сред, движущихся относительно друг друга вдоль этой границы (в разделе теоретической физики «Механика сплошных сред» это явление торжественно называется «неустойчивость тангенциального разрыва»),
- пример проявления «неустойчивости тангенциального разрыва» - образование волн на воде под действием ветра.

3) Наконец, закономерный итог - возбуждение автоколебаний в музыке по аналогии с волнами на воде:
- возбуждение колебаний струны под действием скольжения смычка по струне (на самом деле тут важнее трение),
- возбуждение колебаний воздуха в органной трубе под действием постоянного потока воздуха из воздуходувки.

Это объяснение заняло полдня (а делать все равно было нечего), но зато завершилось полным пониманием сути дела сугубым гуманитарием Кешей.

 

[ЛевМих]

ЛевМих, правильно ли я понял, что керосин заливают прямо в микросхему напряжение подаётся со стороны земли, при этом электросчётчик крутится в обратную сторону и Чубайс попал на деньги?

Изрядно пошучено.
А если серьезно, то "электросчётчик крутится в обратную сторону" не от отрицательного знака напряжения, а от несовпадения знаков (направлений) напряжения и тока, т.е., когда потребитель электроэнергии временно становится ее источником. Так бывает, например, при чередовании заряда и разряда аккумуляторов и при работе некоторых разновидностей импульсных преобразователей напряжения (импульсных источников питания).

В последнем случае в конце каждого такта преобразования напряжения (идущих с частотой десятки или сотни кГц) происходит возврат в первичный источник питания (аккумулятор) некоторой части энергии, которая пришла в схему преобразователя в начале такта, с какой-то пользой "крутилась" в схеме во время такта, но не могла быть направлена в нагрузку. Этот процесс называется "рекуперация" и обеспечивает заметное повышение КПД преобразователя - ценой некоторого усложения его схемы.

 

[ЛевМих]

Ни разу не задумывался над тем, почему крутится счетчик. Было в голове: "Ток течет - счетчик крутится". ...

timsz, тогда могу подбросить еще один любопытный научный факт, который я сам осознал только когда в конце 80х мне пришлось непосредственно заниматься разработкой специальных устройств для измерений на десятках и сотнях МГц. А именно, "коэффициент бегущей волны", определяющий эффективность переноса энергии волной в длинных электрических линиях (и сигнальных, и для передачи электроэнергии) и вообще в разных волновых процессах, - это прямое расширение пресловутового "косинуса фи" в сосредоточенных электрических цепях переменного тока, на длинные линии. Но ни в каких книгах я не видел этой связи:confused2:.

 

[Alexander_PM]

"коэффициент бегущей волны", определяющий эффективность переноса энергии волной в длинных электрических линиях (и сигнальных, и для передачи электроэнергии) и вообще в разных волновых процессах, - это прямое расширение пресловутового "косинуса фи" в сосредоточенных электрических цепях переменного тока, на длинные линии. Но ни в каких книгах я не видел этой связи

Это Вы сейчас с кем разговаривали?
А если серьезно, то всегда впечатляли люди, которые готовы (и умеют) с таким энтузиазмом рассказать об очень сложных технических вещах более-менее простым языком..Спасибо, ЛевМих!

 

[2014]

ЛевМих, не ставьте на удаление! Более чем очень интересно!

 

ЛевМих, огромное спасибо... тем не менее до появления в теме человека лично име(в)шего дело с отсеком управления "Протона" удаляю в своём посте лишь "К" от 155, которую мог и сам добавить чисто на автопилоте ("но поезд идёт, бутыль опустела, и тянет поговорить".
(про бегущие волны - давал студентам задачу - вы подходите к большой ЛЭП (в тайге) с любым набором приборов... задача - не портя ЛЭП, определить с какого конца потребитель, с какого - электростанция...
задачка, как и "бросание тела под углом к горизонту, если концы траектории сильно различаются по высоте (находжение угла максимальной дальности как функцию скорости вылета и высоты))" оказалась нетривиальной.)

 

[MikVolg]

прямое расширение пресловутового "косинуса фи" в сосредоточенных электрических цепях переменного тока, на длинные линии. Но ни в каких книгах я не видел этой связи

А ТДЛ (теория длинных линий) в электротехнике, учитывая лямбда при 50 Гц, не об этом говорит?

 

[ЛевМих]

А ТДЛ (теория длинных линий) в электротехнике, учитывая лямбда при 50 Гц, не об этом говорит?

MikVolg, я лишь утверждаю, что в книгах, которые я тогда читал (а это никак не электротехника, а разная электроника, теехника СВЧ, радиооптика и т.п.), не было "мостика" между КБВ и CosФи, в виде заявлений типа "КБВ в длинных линиях - это расширение понятия CosФи на длинные линии". или хотя бы "CosФи в системах с сосредоточенными параметрами - это частный случай КБВ в длинных линиях". А я эту связь обнаружил, только когда мне понадобилось сугубо стабилизировать (кратковременно - до малых долей %) мощность ВЧ сигнала (порядка 5 Вт, перестраиваемые от десятков МГц до 200 МГц), поглощаемую в ультразвуковом пьезопреобразователе т.н. акустооптического фильтра, ибо нестабильность этой мощности ВЧ приводила к недопустимой нестабильности оптического сигнала, пропускаемого этим фильтром.

Я когда-то "проходил" направленные ответвители (НО) в технике СВЧ и был уверен, что они обязаны быть по своей длине соизмеримы с 1/4 длины волны. А тут, вникая в задачу, я с удивлением обнаружил, что в серийном измерителе падающей и отраженной мощности М2-32 (на диапазон 30...600 МГц) коаксиальный НО имеет длину всего несколько см. Стал сочинять полосковый НО на свой диапазон, вывел нужные формулы (это быстрее, чем искать их) - и понял, что получается именно измеритель CosФи, но с полосковым "трансформатором" тока и напряжения вместо классическиго трансформатора тока. Полез в знакомые мне книжки и убедился, что "мостика" между этими понятиями нигде нет - они из разных лексиконов. А я привык везде искать адекватные аналогии - они очень облегчают понимание нового сабжа.

Вообще я много раз сталкивался с тем, как в разных областях техники параллельно и независимо разными словами описывают процессы, совершенно аналогичные по своей сути. Вот пример, который я осознал и затем "проповедовал" на ветке про катастрофу ЯК-42 в Ярославле в ответ на какую-то ересь в народных оценках трения качения:confused2:.

Суть трения качения колеса - появление момента тормозящей силы из-за сдвига центра пятна контакта из-под оси колеса, а этот сдвиг вызван отставанием деформации шины от вызвавшей эту деформацию силы реакции грунта. А безразмерный коэффициент трения качения просто равен тангенсу угла между вертикалью (направлением силы тяжести) и радиусом от оси колеса к центру пятна контакта. Это совершенно аналогично диэлектрическим или магнитным потерям в электрических конденсаторах или магнитомягких сердечниках. Там роль безразмерного коэффициента трения играет пресловутый "тангенс дельта" - тангенс фазового сдвига между воздействием и реакцией на него (электрическое поле в конденсаторе создает поляризацию диэлектрика, а магнитное поле тока в обмотке трансформатора создает магнитную индукцию в сердечнике). Так что безразмерный коэффициент трения качения колеса - это тангенс дельта шины!

ЗЫ. Очень прошу не считать упоминание колеса призывом к началу очередной дискуссии об автомобилях!:confused2:. Итак получилось несколько страниц оффтопа (impetus спровоцировал, я "запел":confused2:, а народ поддержал) - но фундаментальные вопросы технической электроники все-таки имеют хоть косвенное отношение к Космосу. А лично мне осталось только, как обещал, опровергнуть ложное мнение Мерлина насчет "некошерности" однополярного питания в аналоговой электронике.

 

[ЛевМих]

Наконец давно обещанная критика ложного мнения уважаемого mErLin'a. Сначала "за здравие".

В героические для аналоговой электроники времена операционные усилители были предназначены, прежде всего, для выполнения определённых элементарных математических операций - сложения-вычитания, умножения-деления, интегрирования-дифференцирования и т.п. ... Отсюда и название. Первоначально это были просто унифицированные сборки размером с кирпич, от которых есть пошли современные микросхемы-"операционники". При выполнении операций над "вещественными" переменными в аналоговой технике важно было обеспечить жёсткий ноль и строгий баланс между положительной и отрицательной областью. Чтобы ноль не плавал, его надо было сделать, действительно, нулём, а не 0.5Vmax.вх.

С этим я совершенно согласен. Более того, я все это проходил на своей шкуре. В начале 70х мне пришлось даже заниматься моделированием динамики каких-то каналов СУ ракеты на аналоговой ЭВМ образца примерно 60г (лабораторные работы на военной кафедре) и даже удалось слазить внутрь операционного усилителя (ОУ) из этой ЭВМ (НЯП, он был сделан на первых советстких кремниевых транзисторах П101 или вроде того). А с начала 80х и по н.в. одно из основных моих занятий (как разработчика, а не руководителя) - это разработка аналоговых и аналого-цифровых схем (до АЦП включительно) для прецизионной обработки и регистрации аналоговых сигналов с широким динамическим диапазоном (строб-интеграторы импульсов, синхронные детекторы периодических сигналов, уникальные интегрирующие АЦП и т.п.).

До середины 90х я применял отечественные ОУ, компараторы и аналоговые ключи и по причинам, указанным в цитате, применял биполярное питание (обычно +/15В). Но с тех пор ситуация сильно изменилась, так что дальше - "за упокой".

... в сфере усиления сигналов однополярное питание (т.е. 0..+N вольт) вообще считается некошерным.

До середины 70х биполярное питание ОУ было неизбежным, и наиболее "гибкие" ОУ ведущих фирм имели рабочий диапазон напряжения питания от +/-5В до +/-15В. Но с тех пор в мире (за исключением СССР и РФ) появилось несколько важных новаций во внутренней схемотехнике аналоговых ИС, которые радикально повлияли на их применение и, в частности, на рациональный выбор питания аналоговых схем.

1. Уже в начале 70х (?) появился новый класс ОУ и компараторов - т.н. "Single Supply" (далее - SS), специально для схем с однополярным питанием. ОУ класса SS нормально работают при потенциале входов даже немного ниже минуса питания ("заброс" обычно порядка 0,3 В) и обеспечивают размах выходного напряжения почти до минуса питания (остаточное напряжение - порядка 0,1 В). Одно только это уже позволяет применять однополярное питание в несложных аналоговых схемах.

Классический пример - серия сдвоенных и счетверенных "микромощных" ОУ и компараторов, выпущенная фирмой National Semiconductor в начале 70х и популярная даже сейчас (современная модификация этой серии, категории Industrial, - это ИС типов LM2901...LM2904). Рабочий диапазон напряжения питания этой серии - однополярное от +3В до +36В или биполярное до +/-18В.

Разумеется, однополярное питание усложняет разработку схемы: обычно приходится организовывать "искусственный ноль", потенциал которого умеренно сдвинут в "+", и цепи "перепривязки" сигнала к разным уровням нуля в разных местах схемы. Но в целом несложное аналоговое устройство вместе с однополярным источником питания обычно оказывается проще и компактнее, чем его аналог с биполярным питанием.

2. В середине 80х (?) появился и в течение 90х стал обширным очередной новый класс ОУ - т.н. "Rail-to-Rail" (далее - RR). ОУ класса RR нормально работают в диапазоне потенциала входов, немного выходящем за пределы потенциалов питания ("рельсов") в обе стороны (обычно примерно 0,3В на сторону) и обеспечивают размах выходного напряжения практически в пределах питания. ОУ класса RR позволили делать с однополярным питанием схемы средней точности (точность нуля порядка 0,1% от полной шкалы напряжения и точность масштабирования порядка 1% ).

Появление ОУ класса RR также позволило снизить напряжение питания и сделало стандартными биполярное напряжение +/-5 В и однополярное +5 В. В свою очередь, снижение напряжения питания способствовало значительному повышению быстродействия ОУ, а также появлению нового подкласса ОУ - низковольтных КМОП ОУ (в т.ч., класса RR), с диапазоном напряжения питания от +2,4...2,7В до +5В. Одно из достоинств КМОП ОУ в классе RR - мизерное остаточное напряжение выхода: единицы мВ при достаточно высокоомной нагрузке.

3. С начала 90х (?) значительная часть ИС АЦП стала снабжаться дифференциальным входом, а также появился целый класс т.н. дифференциальных усилителей (ДУ). ДУ - это ИС, содержащая комбинацию нескольких ОУ (обычно 3), которая в целом ведет себя как один ОУ, но имеющий 2 выхода: обычный и инверсный. АЦП с диф входом и/или ДУ позволяют сравнительно легко делать с однополярным питанием даже прецизионные схемы.

Есть и ряд менее важных оснований для широкого применения однополярного питания. Все это вместе произвело революцию в аналоговых схемах, и уже 15...20 лет продвинутые разработчики применяют биполярное питание только в особо тяжелых случаях.

Я человек довольно консервативный и склонный к перестраховке, но тем не менее я в своих делах с начала века применяю биполярное питание (+/-5В) только в следующих случаях.
1) Особо сложные схемы, содержащие десятки ОУ и т.п. (редко, но бывает) - проще сделать биполярное питание, чем по всей схеме тащить цепи сдвига уровня нуля.
2) Ультрамалошумящие фотоприемные устройства (там я применяю встроенный микромощный инвертор полярности питания).
3) Если сигнал принципиально должен быть биполярным (например, для управления специфическим силовым узлом)
А во всех остальных случаях - питание аналоговой части напряжением +5В (как правило, это отдельный канал питания, раздельно от питания логики).

К сожалению, все это относится только к импортным ИС. Отставание по аналоговым ИС и в СССР было значительно сильнее, чем по цифровым (по цифровым оно было очень умеренным - обычно 2-3 года). А сейчас отставание РФ по аналоговым ИС стало катастрофическим.

Есть, конечно, и униполярные микросхемы. Но их область применения специфична, либо внутри имеется свой преобразователь питающего напряжения, а внутренняя структура - симметрична.

А вот это вообще "выше моего разумения" ((С) - так когда-то вежливо ответил академик Мигдал на вопрос о его отношении к какому-то мракобесию). Конкретные претензии следующие.

1) Термин "униполярные" до сих пор применяли только к полевым транзисторам (в противоположность "обычным" биполярным), а питание по-русски называется однополярным.
2) Насчет специфичности применения я уже написал.
3) Преобразователей напряжения внутри ИС ОУ, НЯЗ, никогда не было. Есть много специальных ИС преобразователей напряжения (с внешними индукторами и конденсаторами), но это совсем другая история. И есть много типов ИС ультрапрецизионных ОУ со структурой "модулятор-демодулятор" (МДМ), но это не имеет никакого отношения к питанию ИС.
4) Почти симметричная внутренняя структура, НЯЗ (а я при всякой возможности лезу во внутреннюю структуру ИС - это дает много полезной информации для эффективного применения этих ИС, а иногда даже подсказки для моих дел) бывает только в ОУ класса RR, которые как раз созданы, прежде всего, для систем с однополярным питанием.

Dixi

 

[MikVolg]

Вернёмся ближе к теме.
Первый эстонский спутник ESTCube-1 благополучно избежал столкновения с частями российского военного спутника.
Я понимаю, что событие-то ординарное, но вот сочетание "Первый эстонский спутник" уж очень понравилось.

 

[xoid]

MikVolg, там в тексте круче - "Спутник размером 10x10x10 сантиметров предназначен для исследования возможности создания «космического паруса»."

 

[MikVolg]

там в тексте круче

Я читал.