Методика измерений параметров и характеристик ОУ. Измерение входных токов
Измерение входных токов
1. Рисуем схему. Резисторы R2, R3 добавлены для наблюдения входных токов.
2. Запускаем Динамический анализ по постоянному току
3. Измеряем входные токи и их разность.
Эту схему приводим в протоколе
i +=70.645nA; i –=88.538nA.
4. Вычисляем: i вх=(i + + i –) / 2=79.6нА; Δ i вх= i + - i –=-17.9нА.
Эти значения приводим в таблице протокола
Снятие ДАХ 5. Устанавливаем анализ по постоянному току
Вначале устанавливаем диапазон изменения: 20mV(макс), -20мV (мин), 10uV(шаг). В дальнейшем, запуская анализ и наблюдая график, сужаем диапазон и уменьшаем шаг, чтобы ДАХ имела вид, аналогичный п.6. В примере получилась настройка как на картинке выше.
6. Получаем ДАХ
Этот рисунок приводим в протоколе
7. Определяем по ДАХ параметры: - Напряжение смещения нуля e см = -1.03919mV (Х при переходе к Y=0); - Максимальное выходное положительное напряжение U вых.макс+ = 13.951V (Y при максимальном X); - Максимальное (по модулю) выходное отрицательное напряжение U вых.макс- = -13.951V (Y при максимальном X). - Дифференциальный коэффициент усиления в разах К д = 191754 (функция Slope команды Идти по Perfomance с параметром X Value = e см); - Дифференциальный коэффициент усиления в дБ К д, дБ =20 lg К д = 105.65 дБ; - Номинальное выходное положительное напряжение U вых+=0.95 U вых.макс+= 13.25V; - Номинальное выходное отрицательное напряжение U вых-=0.95 U вых.макс-= -13.25V; - Максимальная амплитуда положительного входного напряжения U вх.макс+ = 69.1uV (разница X при Y= U вых+ и e см); - максимальная амплитуда отрицательного входного напряжения U вх.макс- = 69.1uV (разница e см и X при Y= U вых-); - номинальная амплитуда входного дифференциального напряжения U в ≈ 69uV (минимальное из U вх.макс+ и U вх.макс-);
Эти параметры приводим в протоколе без пояснений.
К д = Slope=191754. Практически совпадает с ранее рассчитанным. Вычисляем Уточнение значения э.д.с. смещения нуля
8. Перерисовываем схему
9. Меняем установку динамического анализа на маленький шаг движков
10. Подбирая V3 (стрелки вверх, вниз) устанавливаем на выходе минимальное напряжение
Этот рисунок приводим в протоколе.
11. Уточняем напряжение смещения (по результатам п.10) и измеряем потребляемый ток.
e см = -1.03919mV; I п = 1.667mA.
Эти параметры приводим в протоколе (таблица).
Измерение коэффициент влияния нестабильности питания
12. Изменяя на ±1В V1 и V2 повторяем п.10, фиксируем напряжения смещения e см1 = -1.03919mV и e см2 = -1.03919mV 13. Вычисляем коэффициент влияния нестабильности питания Вычисляем k п =(e см1 - e см2) / (2Δ E п)=0
k п,дБ = 20 lg k п=-∞ Вертаем исходное значение V1 и V2.
Скорее всего в модели не заложено влияние нестабильности питания. Поэтому п.12, п.13 исключаем.
Измерение токов короткого замыкания выхода. 13. Устанавливаем V3=+1V, R1=0 и измеряем положительный ток к.з. выхода
I кз+ = 25.551mA
Приводим этот параметр в таблице протокола.
14. Устанавливаем V3=-1V, R1=0 и измеряем отрицательный ток к.з. выхода
I кз- = 25.551mA Приводим этот параметр в таблице протокола.
Измерение выходного сопротивления 15. Изменяем схему. Задаем R1=2G, V3= e см.
16. Выбираем источник постоянного тока (None) величиной 5mA.
17. Измеряем изменение выходного напряжения
Приводим эту схему в протоколе
U вых1 = 384.837мВ.
18. Задаем ток источника -5мA и определяем изменение выходного напряжения
U вых2 = -384.751мВ
19. Вычисляем выходное сопротивление
Приводим в протоколе значения Δ I, ΔUвых и rвых под схемой. rвых заносим в таблицу.
Измерение синфазного входного сопротивления
20. Перерисовываем схему. Задаем R1=2k, V3=0, V4=1V.
Приводим этот рисунок в протоколе
Измеряем входные токи i +1 = 71.001нА; i -1=88.985нА.
21. Устанавливаем V4=-1V.
Измеряем входные токи i +2 = 70.293нА; i -2=88.092нА.
22. Вычисляем синфазне входные сопротивления:
r вх.сф+=2В / | i +2 – i +1|=2В/0.708нА=2.82ГОм.
r вх.сф-=2В / | i -2 – i -1|=2В/0.893=2.24ГОм.
Приводим эти сопротивления в протоколе.
Снятие САХ.
23. Устанавливаем V3= e см; V4=0.
24. Устанавливаем аналіз по постоянному току
25. Запускаем анализ. Получаем САХ
Приводим этот рисунок в протоколе
Определение параметров синфазного сигнала
26. По САХ определяем K сф (аналогично К д)
- Коэффициент усиления синфазного сигнала в разах K сф=-6 (аналогично К д с помощью функции Slope); - Коэффициент подавления синфазного сигнала в разах G= |Kсф/ K д|=3.13·10-5;
- Коэффициент подавления синфазного сигнала в дБ L сф=20 lg G =-90дБ;
Снятие синфазной входной характеристике
27. Устанавливаем анализ постоянного тока
28. Запускаем анализ. Получаем СВХ
Приводим этот рисунок в протоколе
По изгибам СВХ определяем: U сф.макс = 15В. U сф.мин = -15В.
Приводим эти параметры в протоколе.
Скорее всего, если изгибов нет, в модели не заложены ограничения на диапазон синфазних входных напряжений.
Определение входного дифференциального сопротивления
29. Перерисовываем схему. Устанавливаем V3= e см; V4 – None c величиной U вх+/2.
Фиксируем i +1 = 69.764нA.
30. Устанавливаем V4 – None c величиной U вх-/2.
Фиксируем i +2 = 69.703 нA.
31. Вычисляем r вх.д= U вх / | i +2 – i +1| = 69мкВ/0.061нА=1.13Мом.
Приводим i +1, i +2 и r вх.д в протоколе. Для ОУ с ДУ на ПТ это измерение можно исключить.
Снятие ЛАЧХ и ФЧХ
32. Выбираем V4 -синус.
33. Устанавливаем частотный анализ
Диапазон частот, возможно придется изменить
34. Запускаем анализ. Получаем ЛАЧХ и ЛФЧХ
Приводим этот рисунок в протоколе
Определение частотных параметров по ЛАЧХ и ФЧХ.
35. По частотным характеристикам определяем: - частоту единичного усиления f 1 = 0,87 МГц (Х при команде идти к Y=0 на ЛАЧХ); - полоса пропускания f -3дБ=5Гц (Х для Y = K д, дБ – 3дБ на ЛАЧХ); - фазовый сдвиг на единичной частоте φ;1=-117° (Y при команде идти к Х= f 1 на ФЧХ) - запас по фазе Δ φ;з = φ;1-180°=63°.
Приводим частотные параметры (без комментариев в скобках) в протоколе (таблице).
Снятие временной характеристики (ВХ)
36. Устанавливаем V4: ампитуду U вх.макс и частоту 0.5 f -3дБ.
37. Устанавливаем анализ переходных процессов на время 4/ f -3дБ.
38. Запускаем анализ и получаем временную диаграмму (ВХ)
Приводим этот рисунок в протоколе
Определение коэффициента нелинейных искажений
39. Устанавливаем анализ искажений на ампитуду U вх и частоту 0.5 f -3дБ.
40. Запускаем анализ искажений. Получаем СХ.
Приводим этот рисунок в протоколе
41. Вычисляем
Скорее всего нелинейность ДАХ не моделируется. При такой малой величине это исследование можно пропустить.
Снятие ПХМ
42. Меняем настройки V4 на двухполярный источник прямоугольных импульсов с амплитудой U вх/2, периодом 2/ f -3дБ и длительностью пол периода (меандр).
43. Устанавливаем анализ переходных процессов
44. Запускаем анализ. Получаем ПХМ.
Приводим этот рисунок в протоколе
Снятие ПХБ
45. Меняем настройки V4 на двухполярный источник прямоугольных импульсов с амплитудой 1В, периодом 200мкс и длительностью полпериода (меандр).
46. Устанавливаем анализ переходных процессов
47. Запускаем анализ. Получаем ПХБ.
Приводим этот рисунок в протоколе
Определение параметров большого сигнала. 48. По ПХБ определяем параметры: - Длительность фронта выходного импульса Δ t фр = 61.1мкс (команда перейти к Perfomance, функция Rise_Time c Low= U вых- и High= U вых+); - скорость нарастания выходногонапряжения ρ+= (Δ U вых/ Δ t)фр =26.5В/61.1мкс=0.43В/мкс;
- длительность спада выходного импульса Δ t сп = 56.3мкс (команда перейти к Perfomance, функция Fail_Time с _Time c Low= U вых- и High= U вых+); - скорость спада выходного напряжения ρ–= (Δ U вых/ Δ t)сп =26.5В/56.3мкс=0.47В/мкс; - номинальная скорость изменения выходного напряжения ρ= 0.43В/мкс (минимальная из ρ+ и ρ–); - частоту полной амплитуды (мощности) f п.а=
Выше этой частоты в режиме большого сигнала начинаются треугольные искажения. Приводим параметры в протоколе (без пояснений в скобках), а ρ и f п.а в таблице.
Примечание: 1. Все рисунки должны быть пронумерованы и подписаны, например для последнего 2. Рисунок N – Переходная характеристика ОУ в режиме большого сигнала (ПХБ). 3. Приводим в протоколе в разделе Выполнение работы только заголовки (выделены жирным с подчеркиванием) и то, что приводиться в протоколе. Эти заголовки надо пронумеровать как подпункты. Параметры также заносятся в сводную таблицу для сравнения с справочными данными. 4. Для экономии бумаги возможно использовать шрифт 10 пт. Методика измерений параметров и характеристик ОУ
Измерение входных токов
1. Рисуем схему. Резисторы R2, R3 добавлены для наблюдения входных токов.
2. Запускаем Динамический анализ по постоянному току
3. Измеряем входные токи и их разность.
Эту схему приводим в протоколе
i +=70.645nA; i –=88.538nA.
4. Вычисляем: i вх=(i + + i –) / 2=79.6нА; Δ i вх= i + - i –=-17.9нА.
Эти значения приводим в таблице протокола
Снятие ДАХ 5. Устанавливаем анализ по постоянному току
Вначале устанавливаем диапазон изменения: 20mV(макс), -20мV (мин), 10uV(шаг). В дальнейшем, запуская анализ и наблюдая график, сужаем диапазон и уменьшаем шаг, чтобы ДАХ имела вид, аналогичный п.6. В примере получилась настройка как на картинке выше.
6. Получаем ДАХ
Этот рисунок приводим в протоколе
7. Определяем по ДАХ параметры: - Напряжение смещения нуля e см = -1.03919mV (Х при переходе к Y=0); - Максимальное выходное положительное напряжение U вых.макс+ = 13.951V (Y при максимальном X); - Максимальное (по модулю) выходное отрицательное напряжение U вых.макс- = -13.951V (Y при максимальном X). - Дифференциальный коэффициент усиления в разах К д = 191754 (функция Slope команды Идти по Perfomance с параметром X Value = e см); - Дифференциальный коэффициент усиления в дБ К д, дБ =20 lg К д = 105.65 дБ; - Номинальное выходное положительное напряжение U вых+=0.95 U вых.макс+= 13.25V; - Номинальное выходное отрицательное напряжение U вых-=0.95 U вых.макс-= -13.25V; - Максимальная амплитуда положительного входного напряжения U вх.макс+ = 69.1uV (разница X при Y= U вых+ и e см); - максимальная амплитуда отрицательного входного напряжения U вх.макс- = 69.1uV (разница e см и X при Y= U вых-); - номинальная амплитуда входного дифференциального напряжения U в ≈ 69uV (минимальное из U вх.макс+ и U вх.макс-);
Эти параметры приводим в протоколе без пояснений.
К д = Slope=191754. Практически совпадает с ранее рассчитанным. Вычисляем Уточнение значения э.д.с. смещения нуля
8. Перерисовываем схему
9. Меняем установку динамического анализа на маленький шаг движков
10. Подбирая V3 (стрелки вверх, вниз) устанавливаем на выходе минимальное напряжение
Этот рисунок приводим в протоколе.
11. Уточняем напряжение смещения (по результатам п.10) и измеряем потребляемый ток.
e см = -1.03919mV; I п = 1.667mA.
Эти параметры приводим в протоколе (таблица).
Измерение коэффициент влияния нестабильности питания
12. Изменяя на ±1В V1 и V2 повторяем п.10, фиксируем напряжения смещения e см1 = -1.03919mV и e см2 = -1.03919mV 13. Вычисляем коэффициент влияния нестабильности питания Вычисляем k п =(e см1 - e см2) / (2Δ E п)=0
k п,дБ = 20 lg k п=-∞ Вертаем исходное значение V1 и V2.
Скорее всего в модели не заложено влияние нестабильности питания. Поэтому п.12, п.13 исключаем.
Измерение токов короткого замыкания выхода. 13. Устанавливаем V3=+1V, R1=0 и измеряем положительный ток к.з. выхода
I кз+ = 25.551mA
Приводим этот параметр в таблице протокола.
14. Устанавливаем V3=-1V, R1=0 и измеряем отрицательный ток к.з. выхода
I кз- = 25.551mA Приводим этот параметр в таблице протокола.
Измерение выходного сопротивления 15. Изменяем схему. Задаем R1=2G, V3= e см.
16. Выбираем источник постоянного тока (None) величиной 5mA.
17. Измеряем изменение выходного напряжения
Приводим эту схему в протоколе
U вых1 = 384.837мВ.
18. Задаем ток источника -5мA и определяем изменение выходного напряжения
U вых2 = -384.751мВ
19. Вычисляем выходное сопротивление
Приводим в протоколе значения Δ I, ΔUвых и rвых под схемой. rвых заносим в таблицу.
Измерение синфазного входного сопротивления
20. Перерисовываем схему. Задаем R1=2k, V3=0, V4=1V.
Приводим этот рисунок в протоколе
Измеряем входные токи i +1 = 71.001нА; i -1=88.985нА.
21. Устанавливаем V4=-1V.
Измеряем входные токи i +2 = 70.293нА; i -2=88.092нА.
22. Вычисляем синфазне входные сопротивления:
r вх.сф+=2В / | i +2 – i +1|=2В/0.708нА=2.82ГОм.
r вх.сф-=2В / | i -2 – i -1|=2В/0.893=2.24ГОм.
Приводим эти сопротивления в протоколе.
Снятие САХ.
23. Устанавливаем V3= e см; V4=0.
24. Устанавливаем аналіз по постоянному току
25. Запускаем анализ. Получаем САХ
Приводим этот рисунок в протоколе
Определение параметров синфазного сигнала
26. По САХ определяем K сф (аналогично К д)
- Коэффициент усиления синфазного сигнала в разах K сф=-6 (аналогично К д с помощью функции Slope); - Коэффициент подавления синфазного сигнала в разах G= |Kсф/ K д|=3.13·10-5;
- Коэффициент подавления синфазного сигнала в дБ L сф=20 lg G =-90дБ;
Снятие синфазной фходной характеристике
27. Устанавливаем анализ постоянного тока
28. Запускаем анализ. Получаем СВХ
Приводим этот рисунок в протоколе
По изгибам СВХ определяем: U сф.макс = 15В. U сф.мин = -15В.
Приводим эти параметры в протоколе.
Скорее всего, если изгибов нет, в модели не заложены ограничения на диапазон синфазних входных напряжений.
Определение входного дифференциального сопротивления
29. Перерисовываем схему. Устанавливаем V3= e см; V4 – None c величиной U вх+/2.
Фиксируем i +1 = 69.764нA.
30. Устанавливаем V4 – None c величиной U вх-/2.
Фиксируем i +2 = 69.703 нA.
31. Вычисляем r вх.д= U вх / | i +2 – i +1| = 69мкВ/0.061нА=1.13Мом.
Приводим i +1, i +2 и r вх.д в протоколе. Для ОУ с ДУ на ПТ это измерение можно исключить.
Снятие ЛАЧХ и ФЧХ
32. Выбираем V4 -синус.
33. Устанавливаем частотный анализ
Диапазон частот, возможно придется изменить
34. Запускаем анализ. Получаем ЛАЧХ и ЛФЧХ
Приводим этот рисунок в протоколе
Определение частотных параметров по ЛАЧХ и ФЧХ.
35. По частотным характеристикам определяем: - частоту единичного усиления f 1 = 0,87 МГц (Х при команде идти к Y=0 на ЛАЧХ); - полоса пропускания f -3дБ=5Гц (Х для Y = K д, дБ – 3дБ на ЛАЧХ); - фазовый сдвиг на единичной частоте φ;1=-117° (Y при команде идти к Х= f 1 на ФЧХ) - запас по фазе Δ φ;з = φ;1-180°=63°.
Приводим частотные параметры (без комментариев в скобках) в протоколе (таблице).
Снятие временной характеристики (ВХ)
36. Устанавливаем V4: ампитуду U вх.макс и частоту 0.5 f -3дБ.
37. Устанавливаем анализ переходных процессов на время 4/ f -3дБ.
38. Запускаем анализ и получаем временную диаграмму (ВХ)
Приводим этот рисунок в протоколе
Определение коэффициента нелинейных искажений
39. Устанавливаем анализ искажений на ампитуду U вх и частоту 0.5 f -3дБ.
40. Запускаем анализ искажений. Получаем СХ.
Приводим этот рисунок в протоколе
41. Вычисляем
Скорее всего нелинейность ДАХ не моделируется. При такой малой величине это исследование можно пропустить.
Снятие ПХМ
42. Меняем настройки V4 на двухполярный источник прямоугольных импульсов с амплитудой U вх/2, периодом 2/ f -3дБ и длительностью пол периода (меандр).
43. Устанавливаем анализ переходных процессов
44. Запускаем анализ. Получаем ПХМ.
Приводим этот рисунок в протоколе
Снятие ПХБ
45. Меняем настройки V4 на двухполярный источник прямоугольных импульсов с амплитудой 1В, периодом 200мкс и длительностью полпериода (меандр).
46. Устанавливаем анализ переходных процессов
47. Запускаем анализ. Получаем ПХБ.
Приводим этот рисунок в протоколе
Определение параметров большого сигнала. 48. По ПХБ определяем параметры: - Длительность фронта выходного импульса Δ t фр = 61.1мкс (команда перейти к Perfomance, функция Rise_Time c Low= U вых- и High= U вых+); - скорость нарастания выходногонапряжения ρ+= (Δ U вых/ Δ t)фр =26.5В/61.1мкс=0.43В/мкс;
- длительность спада выходного импульса Δ t сп = 56.3мкс (команда перейти к Perfomance, функция Fail_Time с _Time c Low= U вых- и High= U вых+); - скорость спада выходного напряжения ρ–= (Δ U вых/ Δ t)сп =26.5В/56.3мкс=0.47В/мкс; - номинальная скорость изменения выходного напряжения ρ= 0.43В/мкс (минимальная из ρ+ и ρ–); - частоту полной амплитуды (мощности) f п.а=
Выше этой частоты в режиме большого сигнала начинаются треугольные искажения. Приводим параметры в протоколе (без пояснений в скобках), а ρ и f п.а в таблице.
Примечание: 1. Все рисунки должны быть пронумерованы и подписаны, например для последнего 2. Рисунок N – Переходная характеристика ОУ в режиме большого сигнала (ПХБ). 3. Приводим в протоколе в разделе Выполнение работы только заголовки (выделены жирным с подчеркиванием) и то, что приводиться в протоколе. Эти заголовки надо пронумеровать как подпункты. Параметры также заносятся в сводную таблицу для сравнения с справочными данными. 4. Для экономии бумаги возможно использовать шрифт 10 пт.
|
.
=4·10-5%.
=0,0052МГц=5,2кГц.
.
=4·10-5%.
=0,0052МГц=5,2кГц.
