|
4.6. Операционные усилители |
143 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
ВЕРХНИЙ СПИСОК |
|
НИЖНИЙ СПИСОК |
|
|||
|
|
|
|
|
Значение по |
|
Обозначен |
Справочные данные |
|
Обозначени |
|
|
|
ие |
|
|
е |
|
умолчанию |
|
Vsd |
Напряжение исток-сток |
|
IS |
|
10-14 А |
|
Idr |
Обратный ток стока |
|
N |
|
1 |
|
В этом экране определяется тепловой ток IS по заданному падению напряжения Vsd при токе Idr. Важна не столько действительная величина IS, сколько хорошая аппроксимация зависимости падения напряжения от тока. При идентификации параметров для включения в библиотеку полезно выбирать уровень тока примерно равный половине максимального постоянного тока.
Для некоторых высоковольтных P-канальных приборов необходимо задавать в нижнем листе значение N в пределах 2 - 3.
4.6. ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ
144 4. Идентификация параметров моделей с помощью PARTS
PARTS генерирует макромодель операционных усилителей, рассмотренную в работе [1], п. 5.4. Результатом является файл, содержащий описание макромодели в виде подсхемы. Могут моделироваться операционные усилители со входным каскадом на биполярных или полевых транзисторах, с внешней или внутренней коррекцией. Макромодель описывает следующие эффекты:
♦нелинейность входных ВАХ, входные токи смещения;
♦дифференциальный и синфазный коэффициенты усиления;
♦амплитудно- и фазочастотные характеристики;
♦выходное сопротивление;
♦ограничение скорости отклика;
♦ограничение выходного напряжения и тока нагрузки;
♦потребляемую мощность по постоянному току.
В начале работы с операционными усилителями надо указать программе тип усилительных элементов во входном каскаде, выбрав ответ из следующего меню:
0) |
Bipolar, NPN input |
(example: uA741) |
1) |
Bipolar, PNP input |
(example: LM324) |
2)JFET, n-channel input (example: LH032)
3)JFET, p-channel input (example: LF355)
Затем надо выбрать тип коррекции: внутренняя (internally) или внешняя (externally), из следующего меню:
0)Internally compensated (example: uA741)
1)Externally compensated (example: uA748)
После этого начинается работа по идентификации параметров. Программа идентифицирует следующие внутренние параметры макромодели (см. работу
[1], п. 5.4): |
|
|
VC |
- |
разность между положительным питающим напряжением и |
|
|
максимальным значением положительного выходного сигнала; |
VE |
- |
разность между отрицательным питающим напряжением и |
|
|
максимальным значением отрицательного выходного сигнала; |
BF |
- |
коэффициент передачи тока базы входного биполярного |
|
|
транзистора (если вход на биполярных транзисторах); |
BETA - |
крутизна входного полевого транзистора (если вход на |
|
|
|
полевых транзисторах; |
C2 |
- |
корректирующая емкость |
|
|
|
|
|
4.6. Операционные усилители |
145 |
||
CEE |
или |
CSS - емкость, регулирующая скорость отклика выходного |
||||||
|
|
|
|
напряжения; |
|
|
|
|
GA |
|
- |
коэффициент передачи между каскадами макромодели; |
|||||
GCM |
- |
коэффициент передачи синфазного сигнала; |
|
|||||
IEE или ISSрежимный ток (эмиттеров или стоков) входного каскада; |
||||||||
REE |
или |
RSSсопротивление источника режимного тока входного |
||||||
|
|
|
|
каскада; |
|
|
|
|
RC |
или |
RD - сопротивления нагрузки (коллектора или стока) |
||||||
|
|
|
|
транзисторов входного каскада; |
|
|
||
RE |
|
- |
сопротивления в эмиттерных |
цепях |
транзисторов |
входного |
||
|
|
|
|
каскада (если вход на биполярных транзисторах); |
|
|||
IS |
|
- входной ток утечки (если вход на полевых транзисторах); |
||||||
RP |
|
- |
|
сопротивление, отражающее потребляемую мощность; |
||||
C1 |
|
- |
|
емкость, |
описывающая |
второй |
полюс |
частотных |
|
|
|
|
характеристик; |
|
|
|
|
C2 |
|
- |
|
корректирующая емкость (если усилитель с внутренней |
||||
|
|
|
|
коррекцией); |
|
|
|
|
RO1 |
|
- выходное сопротивление (см. работу [1], п. 5.4); |
|
|||||
RO2 |
|
- выходное сопротивление(см. работу [1], п. 5.4); |
|
|||||
GB |
|
- коэффициент передачи выходного каскада макромодели. |
||||||
Экран "Large Signal Swing"
Максимальный выходной сигнал
|
ВЕРХНИЙ СПИСОК |
|
|
Обозначен |
Справочные данные |
ие |
|
|
|
+Vpwr |
Номинальное положительное |
|
питающее напряжение |
-Vpwr |
Номинальное отрицательное |
|
питающее напряжение |
+Vout |
Максимальный положительный |
|
выходной сигнал |
-Vout |
Максимальный отрицательный |
|
выходной сигнал |
+SR |
Максимальная скорость |
|
положительного отклика, В/с |
-SR |
Максимальная скорость |
|
отрицательного отклика, В/с |
НИЖНИЙ СПИСОК
Обозначен |
Значение |
ие |
по |
|
умолчанию |
VC |
2 B |
|
|
VE |
2 B |
|
|
146 4. Идентификация параметров моделей с помощью PARTS
Pd |
Статическая потребляемая |
|
мощность при Uвх=0 |
На экране представлен график зависимости максимальной амплитуды выходного синусоидального сигнала, передаваемого без нелинейных искажений, от частоты. Эта характеристика определяется как ограничениями выходного напряжения, так и максимальными скоростями отклика.
Задаваемые в качестве исходных данных напряжения питания (+Vpwr и - Vpwr) - номинальные значения, используемые программой для расчета VC и VE - разностей между питающими напряжениями и предельными значениями выходного сигнала. В действительности, в дальнейшем к макромодели можно подключать любые напряжения питания. Но при изменении питающих напряжений будут меняться и предельные значения выходного сигнала.
Заданные в этом экране характеристики усилителя служат для расчета величин VC и VE и используются в дальнейших экранах.
Экран "Open Loop Gain"
АЧХ коэффициента усиления
ВЕРХНИЙ СПИСОК
Обозначени Справочны
ее данные
Cc |
Корректиру |
|
ющая емкость |
Ib |
Входной |
|
ток смещения |
Av-dc |
Коэффицие |
|
нт усиления |
f-0db |
Частота |
|
единичного |
|
усиления |
CMRR |
Коэффицие |
|
нт подавления |
|
синфазного |
|
сигнала |
НИЖНИЙ СПИСОК
Обозначение |
|
Значение по |
Тип тран- |
|
|
умолчанию |
зистора |
BF |
75 |
биполярны |
|
|
|
|
й |
C2 |
|
30 пФ |
биполярны |
|
|
|
й |
CEE |
0 |
биполярны |
|
|
|
|
й |
GA |
|
189 10-6 |
биполярны |
|
|
|
й |
|
|
|
|
GCM |
|
1.9 10-9 |
биполярны |
|
|
|
й |
|
|
|
|
IEE |
|
15 10-6 |
биполярны |
|
|
|
й |
RC |
5305 |
биполярны |
|
|
|
|
й |
4.6. Операционные усилители |
147 |
|||
|
|
|
|
|
|
RE |
1832 |
биполярны |
|
|
|
|
й |
|
|
REE |
13 106 |
биполярны |
|
|
|
|
й |
|
|
RP |
18160 |
биполярны |
|
|
|
|
й |
|
|
BETA |
.00158 |
полевой |
|
|
C2 |
10 пФ |
полевой |
|
|
CSS |
0 |
полевой |
|
|
GA |
63 10-6 |
полевой |
|
|
GCM |
6.3 10-9 |
полевой |
|
|
IS |
15 10-12 |
полевой |
|
|
ISS |
5 10-6 |
полевой |
|
|
RD |
15.9 |
полевой |
|
|
RSS |
40 |
полевой |
|
|
RP |
18000 |
полевой |
|
На экране график амплитудно-частотной характеристики коэффициента усиления усилителя без обратной связи. Коэффициент усиления на графике имеет размерность децибеллы. Рассчитываемые параметры макромодели относятся к ее входному и промежуточному каскаду и зависят от того, какие транзисторы - биполярные или полевые стоят на входе.
Если величина корректирующей емкости Cc не известна из справочных данных, что характерно для усилителей с внутренней коррекцией, следует задавать ее в пределах 10 - 20 пФ. Для усилителя с внешней коррекцией надо задать одно из указываемых в справочнике значений корректирующей емкости. Причем надо следить, чтобы остальные вводимые данные соответствовали этой величине Cc. В этом случае надо понимать, что создаваемая макромодель будет адекватна, вообще говоря, только при этом заданном значении корректирующей емкости.
Величину малосигнального коэффициента усиления Av-dc можно задавать как в децибеллах, добавляя к числу размерность db, так и в виде отношения выходного сигнала ко входному. Например, если отношение выходного сигнала ко входному парафазному сигналу равно 1000, то величину Av-dc можно указать как 1000, или как 60db.
Частоту единичного усиления в данном случае следует определять, экстраполируя спад коэффициента усиления в области не очень высоких частот к точке, в которой он равен единице (0 децибелл). Дело в том, что график на данном экране учитывает только первый полюс частотной характеристики. Второй, высокочастотный полюс будет определен позднее, исходя из фазовой характеристики.
148 4. Идентификация параметров моделей с помощью PARTS
Коэффициент подавления синфазного сигнала CMRR задается для низких частот, поскольку в макромодели его частотная зависимостьне описывается.
Экран "Open Loop Phase"
ФЧХ коэффициента усиления
ВЕРХНИЙ СПИСОК
Обозначен |
Справочные данные |
ие |
|
Phi |
Фазовый сдвиг на |
|
частоте единичного |
|
усиления |
НИЖНИЙ СПИСОК
Обозначен |
Значение |
ие |
по умолчанию |
C1 |
2.9 пФ |
|
|
На экране график фазочастотной характеристики коэффициента усиления усилителя без обратной связи. По заданной величине фазового сдвига Phi на частоте единичного усиления рассчитывается значение емкости C1, участвующей в формировании второго полюса частотной характеристики, определяющего фазовый сдвиг на высоких частотах. Если в справочных данных этой величины нет, но есть график фазочастотной характеристики, можно попытаться найти Phi экстраполяцией графика. Если и это невозможно, следует согласиться со значением C1, задаваемым по умолчанию - оно близко к тому, которое свойственно типичным операционным усилителям.
Экран "Max. Output Swing"
Выходное сопротивление
|
ВЕРХНИЙ СПИСОК |
|
|
Обозначен |
Справочные данные |
ие |
|
Ro-dc |
Выходное сопротивление по |
|
постоянному току |
Ro-ac |
Выходное сопротивление по |
|
переменному току |
Ios |
Предельное значение |
|
выходного тока короткого |
|
замыкания |
НИЖНИЙ СПИСОК
Обознач |
|
Значение по |
е-ние |
|
умолчанию |
RO1 |
50 |
|
|
|
|
RO2 |
25 |
|
|
|
|
GB |
424.4 |
|
|
|
|