Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
К РАСЧЕТУ РЕЗИСТОРНЫХ КАСКАДОВ.doc
Скачиваний:
108
Добавлен:
15.03.2015
Размер:
2.8 Mб
Скачать

2.9 Работа с макромоделью оу

ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Включаем источник гармонических колебаний.

ПРИМЕР 2.6. Построить АЧХ и ФЧХ ОУ без ОС

Дано: Модель ОУ (рис.2.16) с номинальными

значениями элементов из примера 2.4

Решение: Подаём гармонический сигнал на один из

входов ОУ и заземляем другой (рис.2.17)

Рис.2.17. Схема для определения частотных характеристик ОУ без ОС

Собственный коэффициент усиления ОУ µ=U5/ U1. Устанавливаем в Fastmean логарифмический масштаб по оси частот и db(mag(U(5) / U(4))). Задаем предельную частоту f ≥ fр2 (в примере f=10 МГц)

Нажав кнопку “частотные характеристики”, получаем АЧХ и ФЧХ ОУ без ОС (рис. 2.18).

Рис.2.18,а АЧХ ОУ без ОС

Рис.2.18,б ФЧХ ОУ без ОС

ПРИМЕР 2.7. Построить АЧХ и ФЧХ неинвертирующего усилителя рис. 2.19 .

Рис. 2.19 Схема неинвертирующего усилителя

Дано: В схеме рис. 2.17 включаем сопротивления цепи ОС R1=1 кОм, R2=1 кОм, что соответствует коэффициенту усиления с ОС KF=2

Решение: Активировав кнопку ” частотные характеристики “, получаем АЧХ и ФЧХ исследуемого усилителя (рис. 2.20 )

Рис.2.20,а АЧХ неинвертирующего усилителя

На рис. 2.20, а мы видим две АЧХ. Верхняя кривая относится к ОУ без ОС и соответствует рис. 2.18,а. Нижняя кривая показывает АЧХ с ОС. Коэффициент усиления, как было определено, равен двум. На рисунке в окне линейки как раз 6 дБ. Полоса пропускания при этом достигает 700 кГц.

Рис.2.20,б ФЧХ неинвертирующего усилителя

На рис. 2.20,б показана ФЧХ неинвертирующего усилителя (рис.2.19).

ПРИМЕР 2.8. Построить АЧХ и ФЧХ инвертирующего усилителя рис. 2.21.

Рис. 2.21 Схема инвертирующего усилителя

Дано: Сопротивление цепи ОС R1=1 кОм R2=1 кОм, что соответствует коэффициенту усиления с ОС KF=1

Решение: Активировав кнопку ” частотные характеристики “, получаем АЧХ и ФЧХ исследуемого усилителя (рис. 2.22).

Рис.2.22,а АЧХ инвертирующего усилителя

Рис.2.22,б ФЧХ инвертирующего усилителя

Как указывалось выше, судить об устойчивости усилителя с ОС надо по характеристикам петлевого усиления µB, для чего необходимо разомкнуть цепь ОС.

ПРИМЕР. 2.9 Составить схему для измерения характеристик петлевого усиления и определить запас по фазе.

Дано: Неинвертирующий усилитель рис.2.19

Решение: а) Для измерения характеристик петлевого усиления необходимо разомкнуть цепь ОС.

В схеме рис. 2.19 рекомендуем выполнить следующую последовательность действий:

  1. Отсоединить гармонический источник сигнала;

  2. Освободившийся входной вывод заземлить;

  3. Отсоединить цепь ОС от ОУ в узле ( 5);

  4. Подключить источник сигнала одним выводом к резистору R2 , а второй вывод заземлить (рис. 2.23).

Рис. 2.23 Схема измерения петлевого усиления µB

Теперь сигнал проходит от гармонического источника через элементы цепи ОС к выходному выводу ОУ 2 (узел 5).

Задав в диалоговом окне отношения db( mag( U(5)/U(4))),

можем посмотреть характеристики петлевого усиления (рис. 2.24).

Рис. 2.24 Характеристики петлевого усиления схемы рис.2.19

б) Устанавливаем «линейку» на АЧХ и определяем частоту, при которой KF(дБ) = 0. На той же частоте «линейка» на ФЧХ показывает фазовый сдвиг 65°. Это и есть запас по фазе φЗ, так как при f → 0 φЗ =360о–180о =180о.

Аналогично можно определить запас по фазе в схеме инвертирующего усилителя ( рис.2.21 ). При этом надо заземлить левый вывод резистора R1, разомкнуть узел 5, а источник сигнала подключить к резистору R2.

ПЕРЕХОДНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Макромодель ОУ (рис.2.16) удобно использовать при анализе переходных характеристик. Для этого источник гармонического сигнала надо заменить источником «меандр», нажав дважды на символ генератора.

Включаем источник прямоугольных импульсов

ПРИМЕР 2.10. Получить временную диаграмму выходного

напряжения в неинвертирующем усилителе на ОУ рис. 2.19

Дано: Входное напряжение – последовательность прямоугольных импульсов типа «меандр» с длительностью импульсов tи=25 мкс.

Решение: Заменяем источник сигнала, кликнув дважды

мышкой на изображение генератора сигнала,

выходим в диалоговое окно его параметров.

Длительность импульсов задаётся их частотой

следования, которую можно определить через

период повторения импульсов Tи=2∙tи=2∙25 мкс

= 50 мкс. В этом случае частота следования

Гц = 20 кГц

Принимая во внимание, что усилитель работает в режиме малого сигнала, устанавливаем амплитуду 10 мВ. Для двухполярного сигнала надо в следующей строчке задать –10 мВ. Активизировав кнопку “переходный процесс”, получаем временные диаграммы рис.2.25.

Рис.2.25 Временные диаграммы неинвертирующего усилителя

На этом рисунке изображены эпюры входного (красным цветом) и выходного сигналов (синим цветом). Здесь важно отметить, что в случае переходных характеристик с выбросом на фронте импульса время t0,9 измеряется не по отношению к максимальному значению выходного сигнала, а по отношению к установившемуся уровню после выброса. В примере 2.10 время t0,9 следует зафиксировать при уровне 18 мВ, а время t0,1 – при уровне 2 мВ.

ПРИМЕР 2.11. Получить временную диаграмму выходного

напряжения в инвертирующем усилителе на ОУ рис. 2.21

Дано: Входное напряжение – последовательность прямоугольных импульсов типа «меандр» с длительностью импульсов tи=25 мкс.

Решение: Заменяем источник сигнала, генератором

«меандр» с параметрами tи=25 мкс.

Используя кнопку “переходный процесс”,

получаем временные диаграммы рис.2.26.

Рис.2.26 Временные диаграммы инвертирующего усилителя

На этом рисунке входной сигнал представлен синим цветом, а выходной – красным. В связи с тем, что размах сигналов одинаков, а фазы противоположны, выходной сигнал в диалоговом окне взят со знаком минус, о чём свидетельствует окошко линейки. Представляется, что в этом случае получается более лёгкое восприятие наблюдаемого изображения.