8.3. Макромодели аналоговых схем

Макромодели аналоговых схем служат для моделирования разнообразных устройств преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по непрерывному функциональному закону, в частном случае линейному. Это усилители, выпрямители, умножители, стабилизаторы и т. д.

В РЭА весьма распространены операционные усилители (ОУ), которые используются для разных математических операций: суммирование, вычитание, интегрирование, дифференцирование и т.п.

Простейшая (идеальная) модель соответствует идеальному ОУ с характеристикой U=f(U₁,U₂) и может быть использована для приблизительной оценки свойств ОУ. Модель имеет бесконечное входное сопротивление (R_вх→∞, т.к. I₁=I₂=0), нулевое выходное сопротивление (R_вых=0), стремящийся к бесконечности коэффициент усиления (А→∞), отсутствие температурного дрейфа и смещения нуля. Чтобы получить такие свойства, ОУ реализуют по достаточно сложным схемам на транзисторах.

Рис. 8.14. Слева-направо: условное обозначение, идеальная модель и выходная характеристика ОУ, где ΔU – некоторое малое входное напряжение, А – усиление при разомкнутом контуре ОС

Более точной является квазиидеальная модель, которая учитывает Rвх≠∞, Rвх≠0, А≠∞.

Рис. 8.15. Квазиидеальная модель операционного усилителя

При составлении моделей схем обычно используют эвристические приемы. Сначала рассматривается идеальная макромодель, а затем производиться постепенное увеличение точности за счет введения в нее дополнительных элементов, характеризующих отклонение от идеала.

8.3.1. Пример модели прецизионного оу

В то время как схема прецизионного ОУ на транзисторах будет содержать не менее сотни элементов, квазиидеальная модель содержит менее десяти элементов и дает достаточно точные результаты при моделировании.

Коэффициент передачи ОУ, охваченного контуром ОС, определяется выражением , где В – коэффициент передачи цепи ОС.

Рис. 8.16. Функциональная схема ОУ (вверху) и его макромодель в виде эквивалентной схемы (внизу)

Таким образом, в идеальном ОУ, для которого , имеем , , , а для квазиидеального ОУ – , , . Более точно значение определяется выражением .

Для идеального ОУ считают , , , а для квазиидеального – ,. , . Более точное значение , а .

Контрольные вопросы к лекции

1. Какие задачи решаются при моделировании компонентов?

2. Какие особенности связаны с компонентным моделированием?

3. В чём состоит различие между моделью плёночного и диффузного резистора?

4. В чём заключается различие между моделью плёночного и диффузного конденсатора?

5. Какие существуют модели биполярного транзистора?

6. В чём состоит суть модели Эберса-Молла?

7. В чём состоит различие между моделями интегрального и дискретного биполярного транзистора?

8. В чём состоит суть модели Джиаколетто?

9. Какова модель МДП-транзистора?

10. Что используют в качестве модели полупроводникового диода?

11. Что используют в качестве моделей ряда базовых схем на этапе схемотехнического проектирования?

12. Приведите пример макромодели базового логического элемента.

13. Приведите пример макромодели для ОУ.

14. В чём состоит различие между идеальной и квазиидеальной моделью ОУ?