Sokszor használunk olyan integrált áramköröket (IC), mely több részáramkört (subcircuit) tartalmaz. Jellemzően ezek a logikai kapuk, műveleti erősítők.

Azt nagyjából mindenki tudja tervezéskor, hogy a szabad műveleti erősítő blokkal/blokkokkal valamit kell kezdeni, nem hagyhatod csak úgy használaton kívül azt a maradék egy-kettő műveleti erősítőt, mert nem meghatározható módon fog viselkedni. Begerjedhet, többlet fogyasztást okozhat, stb.

Két különböző áramkör típust veszünk sorra, az egyik analóg, a másik digitális. Fontos közös pontjuk, hogy a mérnök azt szereti (meg a PnP operátor és a közgazdász is), hogy ha már kidobsz egy kaput egy IC-ből amit megvettél, akkor a lehető legolcsóbban hantold el, plusz alkatrész nélkül.

Analóg, műveleti erősítő

A műveleti erősítőket sokszor rosszul kötik be, amikor az nem szükséges. Legfőképpen azért, mert nem ismerik teljesen pontosan a műveleti erősítő működését, csak alap topológiákat kopiznak. Röviden: A műveleti erősítő arra törekszik, hogy az invertáló (-) és nem-invertáló (+) bemenete között a feszültség különbség 0 legyen, ennek megfelelően változik a kimeneti feszültsége.

Rossz kötési módszerek:

Első rossz: Ha a műveleti erősítő invertáló és nem-invertáló bemenetét szabadon hagyod, akkor a kimenete tetszőleges értéket vehet fel. Hurokerősítése végtelenné válik, és gyakorlatilag begerjed.

Második rossz: Szinte mondani sem kell miért rossz. A műveleti erősítő arra törekszik, hogy a bemenetei egyen potenciálon legyenek, ennek megfelelően változtatja a kimeneti feszültségét. Ha kényszeríted földre, akkor a feszültség különbség az invertáló és nem-invertáló bement között nulla, így a kimeneti feszültség ismételten bármi lehet. Ez lesz a titok doboz a Family Guy-ból, ami bármi lehet...

Első és második kicsit rossz: Maga a kötési mód nem problémás, a műveleti erősítőt stabil állapotba helyezi, viszont mivel nem üzemi körülmények között működik, hiszen az invertáló és nem-invertáló bemenetek gyakorlatilag szét vannak feszítve, feleslegesen nagy áramok folynak be a bemenetein (áramtükörbe), kimenete pedig mindig ki van akadva valamelyik véghelyzetre.

A kicsit rossz megoldások egyébként sok esetben mégis károsíthatják a műveleti erősítőt, mert sok típus bemeneti feszültsége nem lehet -V vagy +V, nem feszítheted tápfeszültségre, minimális feszültség "távolságot" kell tartani.

Jó kötési módszerek:

A fentebb ábrázolt két mód azért megfelelő, mert a műveleti erősítő elvarrásakor nincs plusz alkatrész, működhet a műveleti erősítő üzemi körülmények között (fogyasztás csökkentés). A követő erősítő üzemmódnak (kimenet visszakötve az invertáló bemenetre, feszültségerősítése: Au = 1) a legjobb a műveleti erősítőnek. 

Azért van két módszer, mert az első a kettős tápos megoldás, amikor a kimenetre a 0V-ot kényszerítjük rá, de ezt megtehetjük, mert kettős tápfeszültségről járatott a műveleti erősítő.

A második módszer esetén is ugyan az a követőerősítő kialakítás van, de itt nincs lehetőség a GND bekötésére (mert akkor a bemenet megint valamelyik táp potenciálra lenne kényszerítve), ilyen esetben egyéb referencia feszültség alkalmazása szükséges. Ha az áramkörben a műverősítő 5V-ról megy, de van 3.3V-os tápfeszültség akkor oda kötjük, ha egyébként is lenne féltápos referencia feszültség (pl. DC komponens leválasztásakor féltápfeszültség offset), akkor oda kell kötni.

Lényeg: Követő erősítő esetben olyan referencia feszültséget kell alkalmazni, ami nagyjából a tápfeszültség tartomány közepén helyezkedik el. Ez -V +V esetben a 0V, +V és GND esetben féltáp, stb. De a legfontosabb, hogy olyan tokozást válassz, ha van lehetőség, amiben nincs felesleges műveleti erősítő. Sok típusnak van 1-2-4 tagú verziója, ha tudjuk, válasszuk azt ahol nincs felesleges műverősítő benne.

Ha nem szeretnéd kidobni a nem használt műveleti erősítőt, akkor tervezd rá úgy a prototípus áramkörre, hogy ha bizonytalan vagy a dolgodban, akkor 1-2 ellenállás kipöccintése után azt a felesleges egységet még be tudod drótozni, el tudod használni, ha nagyon szükséges egy beméréshez, egy teszthez, stb.

Digitális, logikai kapuk

A logikai kapuk ebből a szempontból sokkal egyszerűbb megoldásokat igényelnek. Mind a tápfeszültségre, mind pedig a GND-re kötés tökéletes megoldás.

CMOS esetén szinte mindegy, hogy GND vagy VCC/VDD-re kötjük a bemenetet. Jelentősége csak a régi bipoláris tranzisztorokból felépített logikai IC-k (pl. LS) esetén volt, mert a kevesebbet fogyaszt adott logikai kapu típus egyik-másik potenciálra kötéskor. Új CMOS technológia jellemzője, hogy csak állapotváltoztatáskor fogyaszt, stabil állapotban nincs fogyasztás, így mindegy milyen potenciálra kötjük. Személy szerint a GND-re kötést javaslom, mert így nem lehet tévedni, hogy most épp 1.8V-2.7V LVCMOS, vagy 3.3V, vagy 5V az adott kapu tápfeszültsége. GND esetén nem kell figyelni rá, hogy mi a tápfeszültsége.

Végszó

Ez volt a cikk a második része. Azért született meg a második rész gyorsan az első rész után, hogy körvonalazódjon az olvasóban, hogy nagyjából milyen jellegű cikkekről lesz szó ebben a sorozatban.