Проектирование аналоговых устройств

Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Томский Государственный Университет Систем Управления и Радиоэлектроники

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

— постоянная времени для области

..pdf

Скачиваний:

Добавлен:

05.02.2023

Размер:

4.38 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 216 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 > Следующая >>>

KдБ

Kо		ОУ (6 дБ/октава)

Aо

Kоc

f p1с

1 Гц

f p1

Um2

,дБ

1В

(0)

6 дБ/октава

Um2

Fо

Um2 (0)

Fо

С форсажем по ВЧ

1Гц

f p1

f *

= f

Um1

дБ

1В

Зона ограничения

Um1 max (0)

Зона

ограничения

1-го каскада

2-го каскада

U *

(0)

Fо

6 дБ/октава

Kо

Форсаж ВЧ

f p1

fv*

1Гц

Рис. 6.4 — Частотные характеристики:

а — диаграмма Боде ОУ с внутренней коррекцией (сплошная линия), тонирована область, в которой обеспечивается Um* 2 (0) ;

б — амплитуды входного напряжения, обеспечивающие Um* 2 ( f ) = Um* 2 (0) :

без высокочастотного форсажа — сплошная линия, с форсажем — пунктир; в — зоны ограничения (тонировано темным тоном)

и зона форсажа входного напряжения (тонировано светлым тоном)

U2 (t)

Um* 2 (0)

U1 (t)

Um1 max (0)

U2 (t)

Um* 2 (0)

t′

Fо

U (t) =	U *	(0)	1(t)
	m2

1	Kо*
	Kо*

t′ а

Зона перегрузки (ограничение)

Форсирующий импульс

= U* ( 0 )

U1(t) m2 1(t) Kо*

U1 (t) + форсирующий импульс

		(t) =	U *	(0)	1(t)
	U		m2
	U
1			Kо*
			Kо*
						t
t′		в
		в

Рис. 6.5 — Переходная характеристика и формирование управляющего импульса в каскадах на ОУ с последовательной ООС

для амплитуды напряжения выходного импульса U1(t) =	U *	(0)	1(t) :
	m2
	Kо*
	Kо*

а — без ООС (при входном воздействии, пропорциональном 1(t));

в— с ООС (при управляющем входном напряжении ОУ в виде суммы напряжений пропорционального 1(t) и форсирующего импульсов)

Для обеспечения Uимп* max 2 = Um* 2 (0) это напряжение при воздействии на вход ступеньки напряжения, пропорциональной 1(t),

представляет разность ступеньки Um1 max ( 0 ) 1(t) и напряжения ООС, пропорционального U2 (t) = H (t) (рис. 6.5, а). В результате

управляющее напряжение получается с «форсирующим импульсом», амплитуда которого пропорциональна глубине ООС. Это ускоряет переходной процесс и уменьшает время установления каскада на ОУ до тех пор, пока полностью не используется раствор линейного участка проходных вольт-амперных характери-

стик второго каскада [25]. При Uимп* max 2 < Um* 2 (0) (рис. 6.2, б) увеличивается глубина ООС, но пропорционально ее увеличению уменьшается и достижимая амплитуда выходного сигнала, т.к. пределы повышения управляющего напряжения на дифференциальном входе ОУ ограничены раствором проходных характеристик первого каскада по входным напряжениям.

6.2Базовые каскады с равномерными АЧХ на ОУ с внутренней коррекцией. Основные свойства

6.2.1 Неинвертирующий каскад

Режим малого гармонического сигнала. Схема неинвертирующего каскада на ОУ приведена на рис. 6.6. Это каскад с последовательной частотно-независимой отрицательной обратной связью по напряжению.

	DA
	+
R1	–
R1	R2	R3

Рис. 6.6 — Схема неинвертирующего каскада на ОУ

Коэффициент обратной связи для этого каскада не зависит от частоты

54
β =β =		R1	.
	R1
		+ R2

Для ОУ с внутренней коррекцией АЧХ выражение коэффициента передачи неинвертирующего каскада с частотнонезависимой обратной связью в соответствии с (6.1, 6.2) можно представить в виде

Kс =

1+βK*

Kо*

1+ j

= K

e jϕc =

f p*1

Kос

, (6.8)

1+βK*

Kо*

1+ j

1+β

f p1с

1+ j

f *

где

Kос =

Kо*

—

(6.9)

1+βKо*

коэффициент усиления неинвертирующего каскада на средних и нижних частотах;

				f p*1 =	f *
					1	—			(6.10)
					Kо*	—			(6.10)
частота полюса диаграммы Боде ОУ;					Kо*
частота полюса диаграммы Боде ОУ;							f1*
f	p1c	= f	p1	×(1+βK*) =			f1*	—	(6.11)
f		= f		×(1+βK*) =				—	(6.11)
					о		Koc
							Koc

частота полюса диаграммы Боде неинвертирующего каскада. Выражение (6.8) определяет нормированный коэффициент

передачи каскада

Y =	Kс	=	1		(6.12)

	Koc		1+ j	f

f p1с

и основные частотные характеристики каскада в режиме малого сигнала:

уравнение АЧХ — | Kc |= Kc =

Kос

;

(6.13)

f p1c

уравнение нормированной АЧХ —

| Y |=Y =

;

(6.14)

Koc

f p1c

уравнение коэффициента частотных искажений —

M =

= 1+

;

(6.15)

f p1c

уравнение ФЧХ — ϕ = −arctg

(6.16)

f p1c

Площадь усиления каскада [21], равная произведению коэффициента усиления Koc на верхнюю граничную частоту

fв 0,7 = f p1c

(по уровню

=0,707 нормированной АЧХ),

= K

в 0,7

= K

= f *.

(6.17)

Другими словами: частота единичного усиления ОУ f1*

определяет площадь усиления неинвертирующего каскада на ОУ с внутренней коррекцией АЧХ.

Обычно в каскаде используется глубокая ООС, когда глубина ОС на нижних частотах Aо = 1+βKо >>1. При этом коэффици-

ент усиления каскада Koc оказывается практически независимым от коэффициента усиления ОУ Kо*:

R1+ R2

≈

=1+

(6.18)

+βKо*

В этом случае верхняя граничная частота каскада по уровню

1 = 0,707 (6.14)

= f

f *

≈

f *

в 0,7

p1c

(6.19)

Koc

или для заданного отклонения АЧХ от идеальной

Mв =

на

верхней рабочей частоте

fв

(6.20)

p1c

То есть верхняя граничная частота неинвертирующего каскада fв 0,7 связана с верхней частотой заданного диапазона частот

fв при допустимом значении коэффициента частотных искажений Mв соотношением

fв 0,7 =	fв		.	(6.21)
	M 2
		−1
	в

Режим малого импульсного сигнала. Если ампли-

туда импульсного сигнала значительно меньше (на два-три порядка) напряжения питания ОУ, то выражение (6.12) позволяет получить изображение по Лапласу нормированной переходной характеристики каскада в области малых времен [21]

h( p) =	Y ( p)	=	1	,	(6.22)
			p(1+ pτвс)
	p

где p — оператор,

верхних частот.

С помощью обратного преобразования Лапласа (теоремы о вычетах) не представляет трудности найти нормированную пере-

ходную характеристику каскада в области малых времен для малосигнального режима [21, 22] h(t) . Она аналогична характе-

ристике h(t) простейшего усилительного каскада (например, на полевом транзисторе в схеме с общим истоком [21, 22]).

− t
h(t) =1−e τвс .	(6.23)

В соответствии с (6.23, 6.19) время установления в режиме

малого сигнала

= 2.2τ

вс

0,35

ос

0,35

R1+ R2

. (6.24)

f *

в 0,7

f *

Режим линейного усиления большого гармони-

ческого сигнала. Частотная зависимость максимальнодостижимой амплитуды выходного напряжения ОУ в режиме линейного усиления большого гармонического сигнала (6.6) пред-

ставлена на рис. 6.7 [21, 22]. По форме эта зависимость подобна АЧХ каскада на ОУ с последовательной ООС по напряжению (рис. 6.1). Это позволяет определить соотношения для расчета линей-

ных искажений в режиме линейного усиления гармонического сигнала с максимальной амплитудой выходного напряжения

Um* 2 =U*m2 (0) , обеспечиваемой ОУ на нижних частотах:

– нормированный коэффициент передачи —

Y *

Um2 ( jω)

;

(6.25)

Um2

(0)

Um*

(0)

1+ j

– нормированную АЧХ —

Y *

(0)

=Y *

(0)

;

(6.26)

Um2

fv*

– коэффициент частотных искажений —

M *

= 1+

;

(6.27)

Um2 (0)

– ФЧХ —

Um2 (0)

= −arctg

(6.28)

Um2 (0)

где верхняя граничная частота в режиме обеспечения максимальной амплитуды сигнала на выходе ОУ (6.7)

f * =	1	=	Um*	2 (0)	.
v	2πτ*		V*
	v		max

• Характеристики частотной зависимости выходного напряжения для разных уровней выходного напряжения (рис. 6.4, 6.7) подобны диаграммам Боде ОУ и каскада на ОУ с последовательной ООС по напряжению (рис. 6.1). Снижение уровня выходного напряжения в В раз относительно максимального

уровня (до Um2 (0) , рис. 6.7) приводит к повышению граничной частоты линейного усиления fv• в В раз по сравнению с fv* . Это повышение подобно тому, как повышается f p1c при снижении

коэффициента усиления каскада на ОУ при введении последовательной ООС по напряжению с глубиной Ao (рис. 6.1).

Um2 , дБ

1В

Um*	2 (0)		6	дБ/октава

Во

Um2 (0)

fv*	fv•	lg	f
			f
			1Гц
			1Гц

Рис. 6.7 —Частотные характеристики в двойном логарифмическом масштабе:

1) амплитуда входного сигнала соответствует максимально достижимой амплитуде выходного напряжения ОУ на нижних частотах — сплошная линия;

2) амплитуда входного сигнала соответствует амплитуде выходного напряжения ОУ на нижних частотах меньшей, чем максимально допустимая — пунктирная линия

В этой связи соотношения, определяющие частотную зависимость основных линейных характеристик каскада в режиме большого сигнала для любых уровней выходного напряжения

Um2 (0) ≤Um* 2 (0), принимают вид:

– нормированный коэффициент передачи —

Um2 ( jω)

;

(6.29)

Um2 (0)

1+ j

•

– нормированная АЧХ —

YUm2 (0)

= YUm2 (0)

;

(6.30)

•

– коэффициент частотных искажений —

;

(6.30а)

Um2 (0)

•

(0)

– ФЧХ —

Um2

= −arctg

(6.31)

•

U (0)

где

Um*

fv• =

2 (0)

fv*,

(6.32)

Um2

а частота f * , согласно (6.7), —

f *

U*m2 (0)

2πτ*

max

Принимая во внимание,

что

аналоговые

электронные

устройства работают в линейном режиме при небольшом уровне допустимых нелинейных искажений (подразд.5.2, рис. 5.4) и изложенное выше (п. 6.2.1), констатируем следующее.

• ОУ неинвертирующего каскада для обеспечения заданной амплитуды выходного напряжения Um2 = Um2 (0) и линей-

ного режима работы с коэффициентом частотных искажений на верхней рабочей частоте fв , не превышающим допус-

тимый (				1					fв	2	), должен отвечать по па-
	M		=		≤	1	+
								f
		в		Y					в 0,7
				в

раметрам совместному выполнению двух неравенств:

f1* ≥ Kос fв 0,7

= 1

fв 0,7

;

(6.33)

Vmax ≥ 2πUm2 (0)

f *

= fв реал0,7 — реальная граничная частота неинверти-

где

рующего каскада на ОУ с частотой единичного усиления f1* .

Первое из этих неравенств определяет допустимую инерционность свойств используемого ОУ в линейном режиме, а второе — гарантирует отсутствие перегрузки ОУ в заданном диапазоне частот при заданном выходном напряжении.

• В режиме линейного усиления большого сигнала ли-

нейные искажения определяются соотношениями для режима малого сигнала при выполнении неравенств

fв реал 0,7

f1*

≤

Vmax*

= fv• (6.34)

2πτвс

Kос

2πUm2 (0)

2πτ•v

или τвс ≥ τv• .

Эти соотношения справедливы для любой амплитуды вы-

ходного напряжения Um2 (0) ≤ Um* 2

(0), если граничная частота

по обеспечению линейного режима работы для этой амплитуды не ниже граничной частоты усиления каскада для заданного коэффициента усиления в малосигнальном режиме на выбранном

ОУ fv• ≥ fв реал 0,7 .

Режим линейного усиления большого импульс-

ного сигнала. Линейные искажения для «прямоугольных» импульсных сигналов большой амплитуды оцениваются с по-

мощью переходной характеристики каскада H (t) . Выражения

(6.22, 6.25) свидетельствуют о том, что при использовании ОУ с внутренней коррекцией АЧХ переходная характеристика каскада, обеспечивающего максимальную амплитуду выходного импульса

Uимп* max 2 , имеет вид

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 216 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
05.02.2023209.01 Кб5Программные средства систем связи..pdf
#
05.02.20231.17 Mб23Программный комплекс MathCAD в задачах статистической обработки данных..pdf
#
05.02.20233.12 Mб6Программный комплекс MathCAD в управлении техносферной безопасностью..pdf
#
05.02.20233.24 Mб10Программный комплекс для автоматизации математических и инженерных расчетов MathCAD..pdf
#
05.02.2023287.84 Кб8Проектирование 3D деталей для цифровых двойников..pdf
#
05.02.20234.38 Mб22Проектирование аналоговых устройств..pdf
#
05.02.2023317.91 Кб6Проектирование в графическом дизайне..pdf
#
05.02.20231.57 Mб93Проектирование волоконно-оптических линий связи..pdf
#
05.02.2023284.26 Кб4Проектирование высокочастотных катушек индуктивности..pdf
#
05.02.20231.24 Mб6Проектирование городской телефонной сети на базе технологии SDH..pdf
#
05.02.20231.24 Mб3Проектирование ГТС на базе технологии SDH..pdf