|
Читайте также: |
При построении высокоточных схем на ОУ необходимо учитывать влияние неидеальности усилителя на характеристики схемы. Для этого удобно представить усилитель схемой замещения, содержащей существенные элементы неидеальности. Полная схема замещения ОУ для малых медленных изменений сигналов представлена на рис. 11.
У операционных усилителей с биполярными транзисторами на входе входное сопротивление для дифференциального сигнала rдсоставляет несколько мегаом, а входное сопротивление для синфазного сигнала rвх несколько гигаом. Входные токи, определяемые этими сопротивлениями, имеют величину порядка нескольких наноампер. Существенно бoльшие значения имеют постоянные токи, протекающие через входы операционного усилителя и определяемые смещением транзисторов дифференциального каскада. Для универсальных ОУ входные токи находятся в пределах от 10 нА до 2 мкА, а для усилителей со входными каскадами, выполненными на полевых транзисторах, они составляют доли наноампер.
Рис. 11. Схема замещения реального операционного усилителя для малых сигналов
Основу ОУ составляет дифференциальный каскад, применяемый в качестве входного каскада усилителя. Выходным каскадом ОУ обычно служит эмиттерный повторитель (ЭП), обеспечивающий требуемую нагрузочную способность всей схемы. Поскольку коэффициент усиления по напряжению эмиттерного повторителя близок к единице, необходимое значение KU ОУ операционного усилителя достигается с помощью дополнительных усилительных каскадов, включаемых дифференциальным каскадом и ЭП. В зависимости от количества каскадов, используемых для получения требуемого значения KU ОУ. В трехкаскадных ОУ входной дифференциальный каскад обычно выполняют с резистивными нагрузками, а в двухкаскадных – с динамическими нагрузками. Помимо этого, операционные усилители могут содержать вспомогательные транзисторные каскады и элементы, предназначенные, например, для сдвига уровней напряжения в тракте усиления, создания источников стабильного тока, отрицательных обратных связей по синфазным ошибкам усиления и т.д.
Один из входов усилителя (Uвх н, «+») называется неинвертирующим, а второй (Uвх н, «–») – инвертирующим. При подаче сигнала на неинвертирующий вход приращения выходного сигнала совпадает по знаку (фазе) с приращением входного сигнала. Если же сигнал подан на инвертирующий вход, то приращение выходного сигнала имеет обратный знак (противоположный по фазе) по сравнению с приращением входного сигнала. Инвертирующий вход часто используют для введения в операционный усилитель отрицательных внешних обратных связей.
Формирование неискаженной амплитуды и нагрузочной способности. Обеспечение режима работы ОУ по постоянному току и защиты от случайных коротких замыканий (КЗ). Формирование АЧХ и ФЧХ ОУ и их коррекция.
3) Формирование АЧХ и ФЧХ ОУ
В ОУ отдельные его каскады соединяются между собой непосредственно, и поэтому его АЧХ не имеет спада на нижних частотах. С увеличением же частоты усиливаемого сигнала наблюдается падение коэффициента усиления ОУ. Это объясняется наличием в интегральном ОУ распределенных паразитных емкостей, которые закорачивают высокочастотные сигналы на землю все более и более по мере роста их частоты.
При рассмотрении этого вопроса, распределенные паразитные емкости удобно сводить к одной, емкость которой является суммой всех паразитных емкостей в схеме.
Любой многокаскадный усилитель на высоких частотах можно представить в виде ряда генераторов сигнала KUвх, нагруженных на соответствующие эквивалентные интегрирующие RC-цепи. Количество таких цепей равно числу отдельных каскадов усиления.
АЧХ и ФЧХ усилителя обычно стоят в логарифмическом масштабе. На частоте fгр, где резистивное и емкостное сопротивления равны аппроксимированная АЧХ претерпевает излом. На частоте излома усиление усилителя падает на 3 дБ. Начиная с fгр при увеличении частоты в 10 раз (на декаду) во сколько же раз (т. е. на 20 дБ) уменьшается коэффициент усиления по напряжения каскада. Таким образом скорость спада АЧХ за частотой излома составляет –20 дБ/дек или –6 дБ/октаву (октаве соответствует изменение частоты в два раза).
Фазо-частотная характеристика аппроксимируется тремя отрезками прямых, причем наклон прямой составляет – 45° /дек, а сопряжение асимптот происходит на частотах 0,1 fгр и 10 fгр при максимальной погрешности аппроксимации 5,7°. На частоте fгр,отставание фазы выходного сигнала по отношению ко входному составляет 45°. На частоте fт усиление усилителя уменьшается до 0 дБ или единицы, а фазовый сдвиг достигает –90°
ПТ как элемент с управляемой проводимостью. Характеристики ПТ и их аппроксимация. Оценка температурной стабильности параметров ПТ. Линеаризация выходных характеристик ПТ. Методы термостабилизации и линеаризации характеристик управления ПТ и других НЭ.
1) ПТ как элемент с управляемой проводимостью В крутой области ПТ ведет себя как сопротивление, управляемое напряжением. Управляя проводимостью канала ПТ, можно изменять либо коэффициент передачи напряжения аттенюатора, либо усиления каскада, охваченного регулируемой обратной связью и т. п. При этом к каналу ПТ прикладывается все напряжение сигнала или его часть, а к участку «затвор — исток» — управляющее напряжение (в общем случае изменяющееся по произвольному закону). Регулировка проводимости ПТ может осуществляться как при наличии постоянной составляющей тока в цепи канала, так и без нее. В первом случае регулировка аналогична осуществляемым с помощью ламп и биполярных транзисторов и сопровождается изменением режима по постоянному току. Важнейшей особенностью ПТ является возможность регулировки их выходной проводимости при отсутствии постоянной составляющей в цепи канала. В последнем случае точка покоя выбирается в начале координат. Регуляторы, реализующие такой режим работы ПТ, имеют ряд достоинств: простую схему, высокую экономичность (за счет отсутствия цепи питания стока и потребления ею энергии), а также максимальный диапазон регулирования.\
3) Оценка температурной стабильности параметров ПТ В ПТ температурная нестабильность тока стока обусловлена следующими факторами (при росте температуры): увеличением тока стока за счет теплового смещения проходных характеристик (как и в БТ) при малых значениях тока покоя стока Iс0; уменьшением тока стока за счет удельного сопротивления канала в широком диапазоне изменения тока покоя стока Iс0.
Следовательно, у некоторых типов ПТ возможно существование термостабильной точки покоя
Рассмотренные основные схемы питания ПТ осуществляют термостабилизацию режима за счет ООС (последовательной по постоянному току) аналогично каскаду на БТ, т.е. уход тока стока уменьшается в (1 + S0Rи) раз. Собственно ΔIс0 определяется по справочным данным, составляющую теплового смещения проходных характеристик можно определить по аналогии с БТ. Отрицательная температурная зависимость тока стока ПТ может быть использована в целях термокомпенсации каскадов на БТ.
Дата добавления: 2015-11-28; просмотров: 76 | Нарушение авторских прав