Коррекция ЧФХ интегрирующего типа.

А.А. Лебедев

 

 

 

 

ОСНОВЫ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ

ОСНОВЫ СХЕМОТЕХНИКИ

 

Часть II

 

 

Конспект лекций

 

Москва 2004

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МИНИСТЕРСТВО РОСИИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ

МОСКОВСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ)

А.А. Лебедев

ОСНОВЫ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ

ОСНОВЫ СХЕМОТЕХНИКИ

 

Часть II

 

Конспект лекций

 

 

Москва 2004

 

УДК ***.***

ББК **.**.**

М **

 

Лебедев А.А. ОСНОВЫ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ ОСНОВЫ СХЕМОТЕХНИКИ Часть II: Конспект лекций. М.: МИФИ 2004. - ** с.

 

Конспект лекций посвящён вопросам схемотехники в рамках курса ОСНОВЫ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ. Пособие содержит основные понятия и теоретические сведения, необходимые для изучения параметров усилителей, основных характеристик и параметров усилительных каскадов, повторителей напряжения, каскодных усилителей и дифференциальных каскадов.

 

Предназначено для студентов, изучающих схемотехнику.

 

Рецензенты: **********************************

****************************

 

IBSN *-****-****-* © Лебедев А.А.

 

© Московский инженерно-физический институт (государственный университет). 2004

 

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие……………………………………………………………6

Сокращения и обозначения……………………………………… ….7

Глава V Операционный усилитель (ОУ).

5.1 Коррекция фазо-частотных характеристик (ФЧХ) ОУ……

Условие устойчивости ОУ.

Коррекция ЧФХ интегрирующего типа.

Коррекция ЧФХ дифференцирующего типа.

Коррекция ЧФХ двухкаскадным ОУ.

Глава VI Дифференциальный каскад.

Дифференциальный каскад.

Коэффициенты усиления.

Метод анализа симметричного ДК.

Эквивалентная полусхема для синфазного сигнала.

Эквивалентная полусхема для дифференциальной составляющей сигнала.

Анализ несбалансированного ДК.

Точностные параметры ДК.

СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ФЧХ – фазо-частотная характеристика

ОУ – операционный усилитель

ОС – обратная связь

ООС – отрицательная обратная связь

АЧХ – амплитудно-частотная характеристика

РМС – режим малого сигнала

РБС – режим большого сигнала

ДК – дифференциальный каскад

ИСТ – источник стабильного тока

ОБ – общая база

ИС – интегральная микросхема

ГЛАВА V

Коррекция фазо-частотных характеристик (ФЧХ) ОУ

Многофункциональность ОУ достигается за счёт использования различных цепей отрицательной обратной связи (ООС). Применение ООС позволяет увеличить входное и уменьшить выходное сопротивления, расширить полосу пропускания частот, т.е. приблизить характеристики реального ОУ к идеальному. Вместе с тем, при определённых условиях, ОС из отрицательной может стать положительной (т.е. наблюдается появление в передаточной характеристике ОУ на определённых частотах полюса, расположенного в правой части комплексной плоскости P), что приведёт к нарушению устойчивости ОУ. Признаком нарушения устойчивости ОУ является присутствие сигнала на выходе схемы при отсутствии сигнала на входе. Усилитель при этом превращается в генератор незатухающих колебаний. Для предотвращения таких колебаний (самовозбуждения) к ОУ подключают цепи фазо-частотной коррекции, формирующие форму амплитудно-частотных (АЧХ) и фазо-частотных (ФЧХ) характеристик и обеспечивающие устойчивость ОУ при охвате его цепью отрицательной ОС.

 

Условие устойчивости ОУ.

 

Воспользуемся критерием устойчивости [ ], широко используемым в теории автоматического управления.

Усилитель является устойчивым если сдвиг фазы выходного сигнала возвратного отношения Τ (jω ) в области частот, где модуль |Τ (jω )|> 1 не превышает -135˚ (с учётом минимального запаса по фазе Δ φ =45˚ )

Если сдвиг фазы выходного сигнала не превышает -135˚, то |Τ (jω )| может быть больше единицы.

Ответим на вопрос, какая форма АЧХ ОУ соответствует сформулированному условию устойчивости. Наиболее часто используется следующая форма возвратного отношения.

 

Τ (jω )= , (5.1)

 

где , - постоянные времени, определяющие полюса в передаточной характеристике ОУ.

форма |Τ (jω )| представлена на рис 5.1.

 

рис 5.1

 

Из рис 5.1 следует, что на частоте запас по фазе Δ φ =45˚ , а на частоте запас по фазеΔ φ = -135˚, т.е. форма диаграммы |Τ (jω )| соответствует условию устойчивой работы.

Возвратное отношение Τ (jω ) связано следующим соотношением с коэффициентом усиления ОУ при разомкнутой ОС.

 

, (5.2)

 

где - коэффициент усиления ОУ с разомкнутой цепью отрицательной ОС,

- коэффициент передачи по цепи обратной связи,

- коэффициент передачи ОУ с замкнутой цепью ОС.

Таким образом, целью коррекции ФЧХ является получение формы частотной характеристики возвратного отношения, показанной на рис 5.1.

Рассмотрим зависимость коэффициента усиления от частоты трёхкаскадного ОУ.

 

, (5.3)

 

где - коэффициент усиления ОУ с разомкнутой цепью ОС по постоянному току.

 

 

Построим асимптотические диаграммы (диаграммы Боде) модуля и фазы коэффициента .

Считаем, что цепи обратной связи имеют активный характер, т.е. не зависит от частоты.

Определим максимально возможную по условию устойчивости величину модуля возвратного отношения.

Из рис 5.2 видно, что фаза Τ (jω ) совпадает с фазой , а для модуля коэффициента усиления справедливо следующее соотношение:

 

(5.4)

 

или (5.5)

 

рис 5.2

 

Из графика на рис 5.2 видно, что сдвиг фазы φ =-135˚

на частоте . По условию устойчивости ( )при этом

|Τ (jω )|=1, что соответствует границе устойчивости работы, т.е. на графике в логарифмическом масштабе этому условию соответствует горизонтальная линия 80 дБ. На низких частотах максимально возможная величина |Τ (jω )|=20дБ, а минимальная величина . При увеличении глубины ОС (т.е. увеличения сдвиг фазы превышает -135˚ и ОУ возбуждается.

Таким образом, целью коррекции частотно-фазовых характеристик ОУ является придание такой формы диаграммы Боде для АЧХ, при которой сдвиг по фазе коэффициента передачи с замкнутой цепью ОС не превышал бы -135˚ .

Реализация цели осуществляется с помощью реактивных RC-цепей.

ГЛАВА VI

Дифференциальный каскад.

Дифференциальный каскад (ДК) представляет собой балансную усилительную схему (рис 6.1), предназначенную для усиления только разности двух входных сигналов .

рис 6.1

 

ДК характеризуется следующими параметрами:

- дифференциальная составляющая входного сигнала.

- синфазная (общая относительно земли) составляющая входного сигнала.

 

рис 6.2

 

Из рис 6.2 следует, что

Выходящие сигналы ДК также можно представить в виде дифференциальной и синфазной составляющих.

 

Коэффициенты усиления.

- коэффициент усиления дифференциальной (разностной) составляющей сигнала.

- коэффициент передачи синфазного сигнала.

Из рис 6.2 следует, что величина Uвхсф может составлять единицы вольт, а величина Uвхд - единицы милливольт, поэтому к ДК предъявляются жёсткие требования по ослаблению синфазного сигнала.

Точностные параметры ДК.

В статистическом решение из-за разброса коллекторных токов появляется дифферинциальный сигнал

Приведя его ко входу, получим напряжение смещения нуля

.

Напряжение обусловлено тремя составляющими:

- разбросом ширин баз транзисторов ,

- разбросом разбросом коэффициентов усиления

 

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

[1]

 

 

А.А. Лебедев

 

 

 

 

ОСНОВЫ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ

ОСНОВЫ СХЕМОТЕХНИКИ

 

Часть II

 

 

Конспект лекций

 

Москва 2004

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МИНИСТЕРСТВО РОСИИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ

МОСКОВСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ)

А.А. Лебедев

ОСНОВЫ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ

ОСНОВЫ СХЕМОТЕХНИКИ

 

Часть II

 

Конспект лекций

 

 

Москва 2004

 

УДК ***.***

ББК **.**.**

М **

 

Лебедев А.А. ОСНОВЫ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ ОСНОВЫ СХЕМОТЕХНИКИ Часть II: Конспект лекций. М.: МИФИ 2004. - ** с.

 

Конспект лекций посвящён вопросам схемотехники в рамках курса ОСНОВЫ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ. Пособие содержит основные понятия и теоретические сведения, необходимые для изучения параметров усилителей, основных характеристик и параметров усилительных каскадов, повторителей напряжения, каскодных усилителей и дифференциальных каскадов.

 

Предназначено для студентов, изучающих схемотехнику.

 

Рецензенты: **********************************

****************************

 

IBSN *-****-****-* © Лебедев А.А.

 

© Московский инженерно-физический институт (государственный университет). 2004

 

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие……………………………………………………………6

Сокращения и обозначения……………………………………… ….7

Глава V Операционный усилитель (ОУ).

5.1 Коррекция фазо-частотных характеристик (ФЧХ) ОУ……

Условие устойчивости ОУ.

Коррекция ЧФХ интегрирующего типа.

12Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. ГИПЕРТИМНЫИ ТМИ — индивидуальный подход и коррекция
2. Два человека могут иметь совершенно различные системы ценностей. Более того, один и тот же человек может приписывать различную ценность товарам в зависимости от их типа.
3. И КОРРЕКЦИЯ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ФАКТОРОВ
4. Конечности и коррекция их дефектов
5. КОРРЕКЦИЯ ВЫРАЖЕННОСТИ ПОЛОВОГО ТИПА
6. Коррекция и предупреждение отклонений речевого развития у детей раннего возраста
7. Коррекция позиции родителя по отношению к ребенку
8. Коррекция профессиональной пригодности, адаптации и компетентности
9. КОРРЕКЦИЯ СЕКСУАЛЬНОГО ПОВЕДЕНИЯ
10. КОРРЕКЦИЯ УРОВНЯ ДЕТСКОЙ ТРЕВОЖНОСТИ С ПОМОЩЬЮ НЕДИРЕКТИВНОГО МЕТОДА ИГРОВОЙ ТЕРАПИИ
11. Коррекция ЧФХ дифференцирующего типа.