2. Расчёт принципиальной схемы оу

В качестве данных на проектирование операционного усилителя примем следующие:

1. Коэффициент передачиВ/мВ;

2. Максимальное выходное напряжениеВ;

3. Максимальный выходной ток в режиме КЗмА;

4. Сопротивление нагрузкикОм;

5. Сопротивление входное дифференциальноеМОм;

6. Сопротивление входное синфазноеМОм;

7. Коэффициент ослабления синфазного сигналадБ.

Расчёту подлежат:

1. Частота единичного усиления, [МГц];

2. Скорость нарастания выходного напряжения, [В/мкс];

3. Напряжение смещения нуля, [В];

4. Входной ток (средний), [нА];

5. Температурный дрейф напряжения смещения нуля,;

6. Температурный дрейф входного тока,;

7. Разность входных токов, [нА];

8. Температурный дрейф разности входных токов,;

Постоянные величины, используемые при расчёте:

1. Температурный потенциалмВ;

2. Напряжение база-эмиттер всех используемых транзисторов:В;

3. Напряжение Эрли для транзисторов структуры p-n-p:В;

4. Напряжение Эрли для транзисторов структуры n-p-n:В.

2.1 Последовательность расчёта

Для расчета ОУ можно воспользоваться следующей последовательностью действий.

Первоначально распределяют заданный коэффициент передачи для диф­ференциального сигнала примерно поровну с некоторым производственным запасом в 1,5-2 раза между двумя основными каскадами (ДУ и формирователя амплитуды), пологая при этом коэффициент передачи ЭП близким к единице, и производят расчет тех параметров схемы ОУ, которые определяют основу даль­нейшего проектирования. В первую очередь это относится к ЭП, по результа­там расчётов которого устанавливаются величины входного сопротивления R_В­Х.ЭП, коэффициента передачи токаh₂₁выходных транзисторов, тока второго кас­када ОУ – формирователя амплитуды.

Сначала рассчитывается эмиттерный повторитель (ЭП), по результатам расчётов которого устанавливают величины входного сопротивления R_ВХ.ЭП, ко­эффициента передачи токаh_21Эвыходных транзисторов, токаI₀₂второго каскада ОУ – формирователя амплитуды.

Затем приступают к реализации основных показателей ОУ, т.е. расчёту ДУ с определением его рабочего тока I₀, от величины которого зависит множе­ство расчётных параметров, как дифференциальное входное сопротивлениеR_В­Х.Д, а также требуемых значений коэффициентов передачи токаh₂₁используе­мых транзисторов.

После этого рассчитывают все производные от I₀₂иI₀параметры, включая пара­метры формирователя амплитуды, элементов схем задания режимов работы ОУ, защиты от случайных коротких замыканий и т.д. При этом следует соблю­дать принцип, заключающийся в том, что получаемые результирующие пара­метры по своему номиналу должны иметь производственный запас не менее 20-30%, но по возможности не превышающий 2-3 раз.

В заключение производят расчёт параметров АЧХ и связанных с ней дру­гих параметров ОУ.

2.2 Расчёт эмиттерного повторителя

1) Исходя из максимального выходного напряжения U_{ВЫХ.МАКС}и макси­мального выходного тока в режиме КЗ нагрузкиI_КЗ, определяют напряжение ис­точника питания и номинальное значение сопротивления резистораR₁₀:

В	(1)

Целесообразно напряжение питания привести к одному из общепринятых значений:

Ом	(2)

Номинал резистора R₁₁выбирают примерно на 10-20% меньше номинала резистораR₁₀:

Ом	(3)

2) Находят эквивалентное сопротивление нагрузки второго каскада ЭП и среднее значение тока эмиттераI_Э.СР, по которому затем определяют входные сопротивления транзистора Т23h_11(T23)и второго каскада ЭП :

Ом	(4)

мА	(5)

Коэффициент m принимают равным единице. Коэффициент передачи тока выходных транзисторов Т23 (Т24) h_21(T23)примем равным 50:

кОм	(6)

кОм	(7)

3) Определяют коэффициент передачи второго каскада ЭП по формуле (8):

	(8)

4) В соответствии с выражением (9) выбирают рабочий ток I₀₂первого каскада ЭП и, следовательно, второго каскада ФА:

мкА	(9)

Произведём также расчёт k, чтобыприменять в дальнейшем:

5) Принимая во внимание возможность практической реализации коэф­фициента передачи тока h₂₁всех остальных используемых в схеме ОУ транзи­сторов в интервале от 100 до 250 (в пределах одной ИС параметры транзисто­ров считают идентичными при равных режимных условиях), по формулам (10) и (11) рассчитывают входное сопротивление транзистораи выходную проводимостьтранзисторов, по которым в соответствии с (12) и (13) с учетом (7) определяют эквивалентное сопротивление нагрузкипер­вого каскада ЭП и входное сопротивлениеR_ВХ.ЭПЭП в целом.примем равным 250. Тогда:

кОм	(10)

мкСм	(11)

кОм	(12)

мОм	(13)

6) По формулам (14) и (15) с учетом найденного значения коэффициента передачи(8) вычисляют коэффициенты передачиисоответ­ственно первого каскада и ЭП в целом:

	(14)

	(15)

7) Производят расчет выходных сопротивлений ЭП R_ВЫХ(17) и его перво­го каскада(16), однако от получения их численных значений следует воздержаться до тех пор, пока не будет численно определено выходное сопро­тивлениеR_ВЫХ.ФАформирователя амплитуды:

	(16)

	(17)

8) Определяют номинал резистора R₈(18) и внутреннее сопротивлениеR_i.E0(19) встроенного источника опорного напряженияE₀, а также его неста­бильностьδE₀(20), принимая нестабильность токаδI₀₂, протекающего через данный источник, равной обратной величине выбранного при определении токаI₀₂коэффициента, стоящего в скобках выражения (9):

кОм	(18)

Ом	(19)

	(20)

составляет 0,4% < 1,5%, поэтому перерасчёта не требуется.

9) Расчет элементов схемы ЭП (номинала резистора R₉), которые опреде­ляют режим защиты от случайных КЗ нагрузки, производят по формуле (21) по­сле определения рабочего тока ДУI₀, принимая коэффициент χ примерно рав­ным0,5, аU_БЭ(T20) = U_БЭ(T21) = 0,65 В.Если в результате расчётов окажется, что номинал резистораR₉будет превышать примерно 100 кОм или становиться от­рицательным, то резистор в схему не вводят:

	(21)