ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 30.11.2023
Просмотров: 66
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
CК - ёмкость коллекторного перехода, пФ, приводится в справочниках. rб’э-
сопротивление перехода база-эмиттер, Ом. Оно вычисляется:
r = ????17 = (1 + h21) ∙???????? = (1 + 115) ∙ 25 мВ = 2900 Ом,
б’э,3
????К3(мА)
1 мА
r = R19 = (1 + h21) ∙???????? = (1 + 115) ∙ 25 мВ
= 1934 Ом,
б’э,4
????К4(мА)
1.5 мА
где h21- коэффициент усиления по току транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером (ОЭ).
Cб’э - емкость перехода база-эмиттер, пФ. Она вычисляется по выражению:
Cб’э3 = С12 = ℎ212????????Т???? ′
= 115
2∙3.14∙1800∙106∙2900= 3.6 пФ,
б э3
Cб’э4 = С14 = ℎ21
= 115
= 5.26 пФ,
2????????Т????б′э3
2∙3.14∙1800∙106∙1934
где fт -частота единичного усиления из справочника.
-
Расчёт параметров эквивалентной модели операционного усилителя
Рассчитаем параметры эквивалентной модели операционного усилителя. При анализе частотных характеристик и переходных процессов, протекающих в ОУ, используются линейные
динамические макромодели.
Электрические макромодели ОУ строятся в виде эквивалентных схем. Достоинства электрических макромоделей состоят в том, что язык эквивалентных схем достаточно понятен, обладает хорошей наглядностью, с его помощью можно рационально учитывать протекающие физические процессы в ОУ.
Для упрощения макромодели полная эквивалентная схема ОУ разбивается на каскады. Кроме того, в эквивалентной схеме оставляют только те элементы, которые определяют свойства моделируемого каскада. При построении макромодели ОУ часто используют принцип подобия, который заключается в замене компонента или фрагмента схемы совокупностью идеальных элементов, моделирующих основную характеристику. В результате получается макромодель, которая состоит из сравнительно небольшого числа элементов, имеющих характеристики, близкие к характеристикам моделируемого объекта. В процессе построения макромодели бывает удобно влияние нескольких факторов на характеристику заменить влиянием одного суммарного воздействия.
Модель, удобная для моделирования проектируемой схемы, изображена на рис. 11. Она содержит два операционных усилителя ОУ1 и ОУ2. Первый обеспечивает дифференциальный вход устройства с бесконечно большим входным сопротивлением, второй – нулевое выходное сопротивление и служит буфером между моделью ОУ и внешними цепями (в первую очередь цепями ОС). Частотные свойства исследуемого ОУ учитываются двумя ИТУН с соответствующими
RC-элементами.
Следует отметить, что использование ИТУН дает более простую модель, чем использование ИТУТ, отображающего реально действующие в ОУ биполярные транзисторы. Здесь можно выделить четыре узла. Первый узел (ОУ1) задает собственный коэффициент усиления, моделируемого ОУ. Чтобы его рассчитать, необходимо из таб. 4 взять значение, выраженное в децибелах, и перевести его в условные единицы, воспользовавшись выражением:
µ=10(К [дБ] / 20) =10(65 / 20) = 103.25 = 1778, где К [дБ] – собственный коэффициент усиления ОУ, выраженный в децибелах и приведенный в табл. 4.
Второй узел (ИТУН 2) отражает полюс функции передачи, создаваемый дифференциальным каскадом. Крутизна S2 = – 1 мСм и R20 = 1 кОм дают коэффициент усиления этого узла K2 = S2·R20 = –1, частоту полюса определяет постоянная времени τ1=R20·C16, из условия fp1=1/2πτ1. Полагая, что в этом узле формируется первый полюс АЧХ с частотной коррекцией, частоту
первого полюса определим, как ????????1 = ????1 = 890∙106 = 500 кГц, µ., где f1 –
µ
65
1020
частота единичного усиления ОУ, которая является справочной величиной для конкретной модели ОУ. Её значение приведено в табл. 4.
Получим ????16 = 12????????20·????????1
= 1
2∙3.14∙103∙500∙103= 0.31 нФ из условия ????????1 =
(2???? · ????1)−1.
Узел третий (ИТУН 3) выполняет аналогичную функцию. В этом узле формируется полюс fp2, так же при коэффициенте усиления K2 = S3·R21=-1, где S3 = – 1 мСм и R21 = 1 кОм. Для частоты второго полюса примем fр2 = f1, тогда получим емкость:
1 1
????17 = 2????????21 · ????????2 = 2 ∙ 3.14 ∙ 103 ∙ 890 ∙ 106 = 1.8 пФ.Знак минус перед крутизной в обоих случаях отражает поворот фазы во входном каскаде схемы ОУ и каскаде усиления напряжения (ОЭ) в структуре ОУ.
Рис. 14. Макромодель ОУ с двухполюсной частотной коррекцией
Четвертый узел (ОУ2) моделирует оконечный каскад, построенный по схеме с общим коллектором, он характеризуется коэффициентом усиления равным 1 и не поворачивает фазу сигнала, поэтому заземлен инвертирующий вход.
Влияние оконечного каскада на АЧХ ОУ в этой макромодели не показано, так как он обладает значительно более широкой полосой пропускания по сравнению с другими каскадами.
-
Построение проектируемой схемы по сигналу и анализ её характеристик
Соединив модели активных элементов согласно принципиальной схеме (рис. 1), получим эквивалентную схему усилителя по сигналу для всех диапазонов частот (рис. 10). Номера внешних резисторов R1-R15 и конденсаторов C1-C8 этой схеме соответствуют номерам резисторов и конденсаторов принципиальной схемы
(рис. 1).
Рис. 15. Полная эквивалентная схема усилителя
На начальном этапе моделирования схемы предпочтительнее установить значения ёмкостей разделительных конденсаторов С2, С4, С6, С8 и конденсаторов С1 и С7 величиной 1 мкФ, ёмкости блокировочных конденсаторов С3 и С5, равными 2.2 мкФ (по номинальному ряду), чтобы в случае необходимости была возможность изменения этих значений, чтобы спроектированная в ходе выполнения курсового проекта схема соответствовала техническому заданию варианта.
К этому моменту остаются неизвестными значения резисторов R14 и R15, поскольку не определён коэффициент усиления каскада на ОУ KF=U21/U13. Напряжение U21= U2Н = 8 В, задано в табл. 3.
Напряжение U13 следует определить, активировав клавишу “переходный процесс“, установив предварительно в источнике сигнала ток Im1 =1мкА и среднюю частоту заданного диапазона, например, f=100 кГц.
Следует помнить, что в этом случае компьютер покажет амплитуду сигнала U13m.
Рис. 16. Измерение U13
Тогда искомый коэффициент усиления будет:
8
???? = 1.414 ∙ ????2Н ????−???? = 1.414 ∙2 = 26
???? ????13????
0.218
Для реализации этого усиления воспользуемся зависимостью коэффициента усиления в неинвертирующем включении ОУ
КF=1+R15/R14, где
R15 = (R12 ǁ R13) и т.к. R12=R13 => ????15 = ????12 = 39 кОм = 19.5 кОм