Учебка / Фриск том 1

Ðèñ. 3.31

Ðèñ. 3.32

Вернувшись в подменю Transient Analysis Limits (рис. 3.29) установить в нижней строке колонки Р цифру 1, удалив из ее верхних.

Для указанных параметров моделирования получим амплитудную характеристику усилителя в форме дискретных отсчетов, соединив вершины которой, получим известную зависимость (рис. 3.33).

Из амплитудной характеристики видно, для амплитуды входного сигнала примерно 1,9 В наступает ограничение, что должно приводить к нелинейным искажения.

Проведя коррекцию условий моделирования, установить амплитуду генератора SN входного сигнала 1,9 В, а в подменю Transient Analysis Limits изменить пределы отображении на мониторе выводимых кривых (рис. 3.34).

Проведя моделирование при указанных коррекциях, получим семейство входных и выходных кривых.

292 Глава вторая. Описание лабораторных работ по ОС и РПрУ

Ðèñ. 3.33

Ðèñ. 3.34

Из меню Transient Analysis выполнив команду Transient (рис. 3.35) и, на выпадающей закладке, выбрав последовательно FFT Windows (прямое преобразование Фурье) и затем Add Window... (отразить дополнительно в окне...) войдем в подменю Properties (свойства), которое позволяет оценить (рис. 3.36)

294 Глава вторая. Описание лабораторных работ по ОС и РПрУ

гармонический состав напряжения в узле 4 (V(4), на нагрузке усилителя). Если в строке Expression указано другое выражение, то нажав кнопку раскрытия окно в этой строке, установите требуемое. Нажав кнопку ОК получите спектр напряжения выходного сигнала, что позволит оценить коэффициент гармоник при такой амплитуде входного воздействия (рис. 3.37).

Ðèñ. 3.37

Использование пиктограммы Peak для определения максимума кривой оценим значение спектральных составляющих и вычислим коэффициент гармоник.

Эксперимент повторите для амплитуды входного сигнала А = 2 В. Представить распечатку спектра выходного сигнала с вычисленным на нем коэффициентом гармоник.

Завершите эксперимент вычислением амплитудной характеристики при малых амплитудах входного сигнала (п. 2.2.7). Для этого используйте схему усилителя (рис. 3.38, обратите внимание, что полярность гармонического источника входного воздействия обратная).

Войдя в подменю Transient Analysis Limits, установите указанные на рис. 3.39 значения и затем войдите в режим Stepping. Установите в подменю Stepping приведенные на рис. 3.40 пределы изменения амплитуды входного сигнала значения, нажмите кнопку ОК и войдите в режим анализа (установленные ранее на рис. 3.28 параметры генератора SN остаются неизменными,

Ðèñ. 3.38

Ðèñ. 3.39

кроме величины амплитуды входного воздействия, которое определяется в подменю Stepping). Результаты анализа в виде распечатки приложите к отчету, сопроводив пояснениями о причинах такого вида амплитудной характеристики и способах устранения этого явления.

Для выполнения п. 2.2.8 включите на вход усилителя (рис. 3.25) биполярный сигнал (генератор SMEANDR с параметрами рис. 3.41, удалив установленный ранее источник входного воздействия).

296 Глава вторая. Описание лабораторных работ по ОС и РПрУ

Ðèñ. 3.40

Ðèñ. 3.41

Для получения переходных характеристик выполните последовательно команды: Analysis → Transient... → Transient Analysis Limits, провести коррекцию пределов анализа переходных процессов в соответствие с рис. 3.42 (не за-

будьте выйти из подменю Stepping,нажав радиокнопку No в рамке Step It, рис. 3.40). Вывод на экран монитора нового семейства графиков реализуется или коррекцией значений каких-либо ранее использовавшихся строк, или добавлением новых строк в подменю Transient Analysis Limits, нажатием на кнопку Add с последующей коррекцией значений в каждой строке до нужных значений (рис. 3.42).

Ðèñ. 3.42

Полученные переходные характеристики приложить к отчету, сопроводив комментариями о причинах искажений.

5 Содержание отчета

Отчет должен содержать:

•наименование и цель работы;

•принципиальную схему усилителя;

•таблицу 1, с результатами расчета и эксперимента;

•переходную характеристику усилителя при большом уровне входного воздействия (А = 1,8 В) и соответствующее ей значением коэффициента гармоник;

•амплитудную характеристику для малого значения входной амплитуды (А = 0...0,008 В);

•переходные характеристики усилителя при действии на входе меандра, краткие выводы по работе.

6 Контрольные вопросы

1.Изобразите структурную схему ОУ и поясните назначение отдельных

узлов.

2.Усилители постоянных токов. Их назначение способы реализации.

Высокий коэффициент усиления (до 100 000 раз) приводит к снижению устойчивости усилителя и опасности самовозбуждения, что устраняется вклю- чением корректирующих цепей. Питание ОУ обычно осуществляется от двухполюсного источника ±Е.

При разработке ОУ должны учитываться следующие факторы:

•должны отсутствовать согласующие входной и выходной трансформаторы;

•число конденсаторов должно быть минимальным (трудно выполнять по интегральной технологии конденсаторы большой емкости);

•связь между каскадами лучше делать непосредственной;

•вводить местную обратную связь (МОС) и общую обратную связь по постоянному и переменному току.

Основным схемотехническим узлом ОУ является дифференциальный каскад, выполненный на биполярном (БТ) или полевом (ПТ) транзисторе. В аналоговых ИС БТ используют чаще, так как у них меньше напряжение смещения, температурный дрейф, значительно больше удельная крутизна на единицу площади структуры ИС и больше нагрузочная способность (выше усилительные свойства и выходная мощность). Биполярный транзистор может работать с меньшим возбуждающим напряжением по сравнению с ПТ, что объясняется лучшей воспроизводимостью эмиттерно-базового перехода по сравнению с воспроизводимостью напряжения отсечки у ПТ. К недостаткам ОУ на БТ следует отнести больший входной ток.

Как правило, ОУ имеют два входа (инвертирующий и неинвертирующий) и один выход. Подача напряжения на инвертирующий вход (обозначается знаком «-» или кружком) обеспечивает напряжение на выходе с противоположной фазой (сдвиг фаз входного и выходного напряжений составляет π ), неинвертирующий вход (обозначается знаком «+» или не имеет обозначения) сохраняет фазу выходного напряжения неизменной.

Основные технические показатели ОУ:

•коэффициент усиления по напряжению равен отношению двух напряжений: выходного и входного (дифференциального) при условии, что ОУ не охвачен ОС и частота сигнала не выше частоты среза: KD = Uâûõ /Uâõ ä;

•входное сопротивление. Различают входное сопротивление ОУ для диф-

ференциальных RD âõ и синфазных RD âõ ñô сигналов. Дифференциальное входное сопротивление RD âõ определяется изменением дифференциального (разностного) входного напряжения к результирующему изменению входного тока, при условии сохранения линейности выходного на-

пряжения, — выходное сопротивление RD âûõ. По отношению к нагрузке ОУ рассматривают как генератор напряжения с внутренним сопротивлением RD âûõ;

•минимально допустимое сопротивление нагрузки RD í ìèí — характеризует нижний предел сопротивления нагрузки усилителя;

•напряжение смещения (нуля) Uñì — определяет постоянное напряжение заданной полярности, которое необходимо подать на вход ОУ, чтобы получить выходное напряжение равное нулю;

•температурный дрейф напряжения смещения ∆ Uñì/∆ t (ìêÂ/îС) характеризует уход Uñì при изменении температуры;