МЕТОДИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ

Просмотров

Free Web Counters

 
 

Конспект лекций

СХЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ

СОДЕРЖАНИЕ

 МАКРОМОДЕЛЬ ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ

Для моделирования элементов аналоговых устройств используется макромодель операционного усилителя, которая в зависимости от количества учитываемых параметров, имеет различную степень сложности.

Наиболее простая модель учитывает К0, Rвых оу, Vm вых, tmнар, (для Um вых), АЧХ усилителя (частоты излома ω1; ω2 ), входные синфазное и дифференциальное сопротивления Rвx сф, Rвx диф, токи смещения Iвх+ и Iвх-, эдс смещения нуля Есм0.

Рассмотрим модель ОУ, которая использует одну точку излома АЧХ. Ее условно можно разделить на три составные части (см. рис. 1.51):

Модель операционного усилителя, которая использует одну точку излома АЧХ, условно разденную на три составные части

Модель операционного усилителя, которая использует одну точку излома АЧХ, условно разденную на три составные части

Рис. 1.51. Модель операционного усилителя, которая использует одну точку излома АЧХ, условно разденную на три составные части

Vвых m = Uвых m / tнарт m

— моделирует входные параметры; II — моделирует частоту излома АЧХ ω1 и ограничение скорости нарастания выходного напряжения на уровне (с помощью управляемого источника тока с ВАХ типа симметричного ограничителя с линейным участком при малых входных напряжениях); III — моделирует Uвых и ограничение Uвых на уровне Uвыхт+, Uвыхт-.

Rвыx оу для линейного режима и коэффициент усиления на НЧ К0 — справочные параметры. Коэффициент передачи блока II на НЧ S1R1 принимают равным 1.

Для обеспечения общего коэффициента усиления по напряжению К0 должно выполняться соотношение:

Sвых Rвых = K0; S = K0 / Rвых

Максимальная скорость нарастания выходного напряжения в режиме большого сигнала Vвых т определяется временем перезаряда емкости C1 током источника S1Uвx. Так как выходное звено III имеет коэффициент передачи К0, максимальная скорость заряда емкости C1V1m определяется как:

V = Vвых m / K0 = U / K0 • tнар m

Ограничение скорости перезаряда V1 на уровне V1m (вне зависимости от скорости нарастания и величины входного напряжения Uвх) имеет место тогда, когда источник тока S1Uвх — нелинейный, т.е. имеется участок насыщения, определяемый V1max.

iC1 m = C1 / V1m => I1m = C1V1m

Поэтому передаточная характеристика зависимого источника S1Uвх имеет вид рис. 1.52.

Поэтому передаточная характеристика зависимого источника S1Uвх

Рис. 1.52. Поэтому передаточная характеристика зависимого источника S1Uвх

При этом точки перегиба передаточной характеристики Uвx m определяются как:

U = I1m / S1 = C1 V1m / S0

Для нахождения I1m надо знать величину С1. Необходимо учесть, что блок II формирует и частотную характеристику усилителя (рис. 1.53).

Частотная характеристика усилителя

Рис. 1.53. Частотная характеристика усилителя

ω1 = 1 / R1C1

Задаемся произвольно величиной R1 (единицы кОм), определяем C1:

C1 = 1 /ω1R1

Далее определяем значение S1 (учитывая допущение, что коэффициенты передачи всех блоков, кроме последнего равны 1):

S1 = 1 / R1

Находим I1m и Uвx m:

iC1 m = C1V1m = Vвых m / ω1R1K0

Uвх m = I1m / S1 = I1mR1 = Vвых m / ω1K0

Входные параметры (блок I) почти все справочные. Нельзя точно установить направление eсм0, т.к. она для ОУ гарантируется с точностью до знака. Входные токи в справочнике задаются так: Iвх и ∆Iвх.

Один из входных токов принимают равным справочному Iвх, второй — Iвх + ∆Iвх.

Нелинейное сопротивление Rнвыx обеспечивает ограничение выходного напряжения ОУ на уровне Uвыxm+, Uвыxm-. В диапазоне рабочих значений Uвыx Rнвыx=∞, оно не влияет на работу модели. При выходе за диапазон (Uвых > Uвыxm+ или Uвыx < -Uвыxm-) появляется малое дифференциальное сопротивление, шунтирующее избыточный ток источника SвыxU1 (см. рис. 1.54).

Зависимость малого дифференциального сопротивления, шунтирующего избыточный ток источника

Рис. 1.54. Зависимость малого дифференциального сопротивления, шунтирующего избыточный ток источника

Это сопротивление порядка 0,1...1 Ом обеспечивает быструю сходимость итерационных методов расчета.

Если ОУ имеет сложную АЧХ с несколькими изломами, то для моделирования частот излома (ω2, ω2 и т.д.) в схеме появляются дополнительные блоки, аналогичные блоку II. В этих блоках выполняются следующие соотношения. Есть элементы S2, C2, R2, принимается S2R2 = 1, R2 задается, С2 определяется:

C2 = 1 / ω2R2

Если есть еще блок, то в последнем блоке III источник тока не SвыхU1, а SвыхU2. Предполагается, что ω2 >> ω1 и на скорость нарастания эта ω2 не влияет.