Студопедия — Статическая линейная макромодель ОУ
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Статическая линейная макромодель ОУ






До сих пор мы рассматривали модели одиночных полупроводниковых элементов (транзисторов). В АЭУ эти элементы соединяются для вы­полнения определенных функций. Таким функциональным блоком являет­ся, например ОУ. Хотя ОУ может быть проанализирован на уровне ком­понент, это неудобно на практике. Типичный ОУ содержит 20...30 транзисторов в дополнение к резисторам и конденсаторам. Использование 6-элементной модели БТ (разд.4.1.3) приведет к 120...180 элементам при описании ОУ на компонентном уровне. Это вызовет серьезные трудности при анализе АЭУ, в состав которого входит этот ОУ. Кроме того, проектировщик редко имеет доступ к внутренней структуре ОУ и параметрам его элементов. Поэтому предпочтительно использовать макромодели. Термин "макромодель";сформировался в начале 70-х годов и далее применялся для обозначения моделей, кото­рые в значительно упрощенной форме моделировали функционирование некоторых узлов электронной аппаратуры, в том числе и ОУ.

Макромодель ОУ – это более простая по сравнению с моделью на уровне компонент схема, воспроизводящая поведение ОУ на уровне входных, передаточных и выходных характеристик, а также учитываю­щая определенные, наиболее важные для конкретных видов расчета ха­рактеристики и реакции исследуемого усилителя на внешние воздействия.

Естественно, применение макромоделей приводит к упрощению мо­дели схемы и, как следствие этого, к понижению точности моделиро­вания, но, в основном, тех характеристик схемы, которые несущест­венны в данном конкретном случае. Классификация макромоделей ОУ производится по тем же признакам, что и для транзисторов (разд.4.1.1). Кроме того, макромодели подразделяются по уровню сложности. Макромодель последнего уровня сложности – это, по су­ществу, модель на уровне компонент.

Статическая линейная макромодель ОУ, приведенная на рис.4.10, эквивалентна математической модели, представленной системой трех уравнений

 
 

Эквивалентность обеих моделей базируется на законах Кирхгофа, записанных для входных зажимов ОУ с учетом соотношения uд = –(IвыхКвых + uвых)/Кд.хх. В качестве примера покажем, как это делается для i. В соответствии с рис.4.10 ток, втекающий в инвертирующий вход, равен


Подставляя в последнее уравнение выражение для ид, получим второе уравнение системы (4.18).

 
 

Легко показать, что модель на рис.4.10 полностью соответствует тем определениям статических параметров ОУ, которые были даны в разд.4.2.2. Действительно, параметры uсм. ibx1 и ibx2 определяются при условиях Rн = ∞, uвых = 0,uсф = 0. Если RH = ∞, то Iвых = 0. Подставляя эти условия в уравнения системы (4.18), получим

 
 

что и требовалось доказать.

Таким образом, в отсутствие сигнала на выходе схемы появляется конечное постоянное напряжение, которое можно непосредственно из­мерить и которое является абсолютным показателем выходной стати­ческой погрешности. Если это напряжение разделить на коэффициент передачи операционной схемы (ОУ с внешними элементами) на нулевой частоте, то вычисленное таким образом напряжение называется входной статической погрешностью (ВСП). Эту погрешность нельзя непосредственно измерить, подключив, например, ко входу схемы воль­тметр. Это вычисленное эквивалентное значение. Знание ВСП позволя­ет определить отношение сигнал/шум на входе схемы, т.е. оценить ее реальную чувствительность.

Обратите внимание, что, согласно определению (разд.4.2.2), ге­нераторы uсм. ibx1 и ibx2 - это не составляющие ВСП, а источники, компенсирующие данную погрешность, т.е. обеспечивающие баланс схе­мы (установку нуля выходного напряжения) на холостом ходу (rн = ∞). Такое определение этих параметров удобно с практической точки зре­ния, так как позволяет относительно просто их измерить. При расчете же полагают, что именно эти генераторы, называемые генераторами статических ошибок, являются причиной разбаланса схемы и для их компенсации на вход подключают компенсирующий источник напряжения Ек (рис.4.10). Поскольку определяется модуль ВСП (разработчик ОУ гарантирует, только абсолютное значение uСМ), то это противоречие никак не сказывается на результатах расчета. Значит, величина Ек и будет определять величину ВСП, а отношение uBx/EK будет являться отношением сигнал/помеха на входе схемы.

Предположим, что ОУ имеет конечное значение генераторов статических ошибок uсм. ibx1 и ibx2. Остальные параметры соответствуют идеальному ОУ, т.е. Квх = Квх.сф = ∞; Кд = Кос.сф = ∞. В этом случае из (4.18) следует (4.19) и

EK = Uсм + Iвх1R– Iвх2R+. (4.20)

Таким образом, ВСП имеет две составляющие: потенциальную (Uсм) и токовую IBX1R– IBX2R+.. которые могут частично или полностью компенсировать друг друга. Поскольку UCM может иметь любой знак, при оценке ВСП рассчитывается максимальная величина Ек

|EK| = |Uсм| + |Iвх1R– Iвх2R+| (4.21).

На первый взгляд, экспериментально баланс схемы можно осуществить довольно просто: необходимо или подать на вход схемы напряже­ние, равное ек, или, изменяя одно из сопротивлений R+, или R,

обеспечить равенство нулю правой части выражения (4.20) (при Ек=0). Однако такие способы балансировки схемы могут привести к ряду нежелательных эффектов (к уменьшению Кд и Кос.сФ. к увеличе­нию температурного дрейфа др.). Поэтому в ОУ нужно иметь две независимые регулировки: настройка нуля токовой и потенциальной составляющих ВСП.

Для устранения токовой составляющей ВСП нужно соответствующим образом подобрать сопротивление R+; если источник подключается к инвертирующему входу, или R, при подключении источника сигнала к неинвертирующему входу. При R+ = R(IBx1/IBx2) токовые составляющие полностью компенсируют друг друга. Однако в справочной литературе информация о токах IBX1 и 1ВX2 отсутствует и величина отношения IBx1/IBx2 заранее неизвестна. Таким образом, хотя теоретически возможна полная компенсация токовых составляющих путем индивидуальной подгонки симметрирующего сопротивления R+(R) практически оптимальной величиной R+ обычно считают величину R+=R. В этом случае ОУ "ощущает" равное сопротивление на обоих входах. Тогда из (4.20) следует, что

Ек = uсм + RΔIвх (4.22)
При R+=0

EK ≈ Uвх+R iвх.см. (4.23)

Сравнение (4.22) и (4.23) показывает, что введение оптимально­го симметрирующего резистора R+ эквивалентно замене большого тока ibx.cm на меньший ток ΔIвх. В результате токовая составляющая ВСП уменьшается в несколько раз. Если ibx.cm и ΔIвх – имеют величину одного порядка, то мы не получим никакого выигрыша от постановки симметрирующего резистора.

Резисторная балансировка токовой составляющей невозможна в тех случаях, когда источник сигнала имеет неизвестное и нестабильное внутреннее сопротивление. В этом случае лучше взять ОУ, у которого входной каскад выполнен на ПТ.

Для компенсации потенциальной составляющей ВСП (Uсм) чаще всего используются соответствующие выводы ОУ. Конкретная схема настройки нуля определяется изготовителем ОУ.

Более подробно вопросы токовой и потенциальной балансировки будут рассмотрены во второй части конспекта лекций.

 







Дата добавления: 2015-06-12; просмотров: 471. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Расчетные и графические задания Равновесный объем - это объем, определяемый равенством спроса и предложения...

Кардиналистский и ординалистский подходы Кардиналистский (количественный подход) к анализу полезности основан на представлении о возможности измерения различных благ в условных единицах полезности...

Обзор компонентов Multisim Компоненты – это основа любой схемы, это все элементы, из которых она состоит. Multisim оперирует с двумя категориями...

Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм...

Тема: Изучение приспособленности организмов к среде обитания Цель:выяснить механизм образования приспособлений к среде обитания и их относительный характер, сделать вывод о том, что приспособленность – результат действия естественного отбора...

Тема: Изучение фенотипов местных сортов растений Цель: расширить знания о задачах современной селекции. Оборудование:пакетики семян различных сортов томатов...

Тема: Составление цепи питания Цель: расширить знания о биотических факторах среды. Оборудование:гербарные растения...

Различие эмпиризма и рационализма Родоначальником эмпиризма стал английский философ Ф. Бэкон. Основной тезис эмпиризма гласит: в разуме нет ничего такого...

Индекс гингивита (PMA) (Schour, Massler, 1948) Для оценки тяжести гингивита (а в последующем и ре­гистрации динамики процесса) используют папиллярно-маргинально-альвеолярный индекс (РМА)...

Методика исследования периферических лимфатических узлов. Исследование периферических лимфатических узлов производится с помощью осмотра и пальпации...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.014 сек.) русская версия | украинская версия