Импульсные устройства на операционных усилителях (775185), страница 2
Текст из файла (страница 2)
В области малых l 9 Я ( скоростную херектеристику аппроксимируют прямой я~"~',уЛ ) = л ~/2 т, откуда ~~~„, Я = — ~ ~ и ~ц~А+. (1.1) Параметр 3- , называемый постоянной времени интегрирования, связан с частотой2~ гармонического сшнвла, для которого коэффициент усиления амплитуды равен единице, соотношег.,= ~,гл.р~,) '.
Формула (1.1) определяет малосигцальную передаточную характеристику ОУ, которую часто записывают в операторной форме гб ° ф~ =.у г~,Гх),Г~'~-,б,) . (1.2) При увеличении /ЯБЕ ~ скорость Б стремится к постоянному значению, модуль которого, обозначенный через Яг' ~,на/7т»»х ' зывается максимальной скоростью изменения выходного напряжения. Зтот параметр характеризует быстродействие Оу в режиме большого сигнала. Он позволяет, например, определить минимвльное время переключения 2"ь ОУ с одного режима ограничения иа другой» З ь щ ('»-1~ ~' )/»~»тгахСледует отметить, что каждое новое поколение ОУ превосходит предыдущее по быстродействию, таким образом наблюдается тенденция к увеличению параметров/ . н 2»»»т»~х . В ензлоговой схемотехнике ОУ может вь»поднять функцию автоматического регулятора (это основное назначение ОУ) либо функцию порогового устройстве.
ОУ как автоматический лято Обьекчи»м регулирования в данном случае является некоторая управляемая электрическая цепь (рис. 1.3), имеющая управляю(ций вход Я~ и формирующая сигнал рвссогласования Ыз. Предполагается, что при любом внешнем воздействии р' существует монотоннея функциональная связь между ситналом рассогласовения и упрцвляюшим ситнэлом. Пель регулирования заключвется в установке такого Хс, при котором рессогласование отсутствует, т.е. Е~з= О, Для достижения этой цели достаточно, чтобы автоматический регулятор при Щ»»40 изменял управляющий сигнал в направлении уменьшения г~ При использовании ОУ в качестве автоматического регулятора его выходное напряжение используют как управляющий ситнвл(Е~ = Ь~„мд), а на дифференциальный вход подают сигнал рассоглвсовенйя.
П»ляриость подключения сигцвла рассогласовэния к ОУ выбирают, исходя нз требуемого направления изменения Е~фэ~д. При этом сигнал рассогласования высгупает в роли сигнала отрицательной обратной связи (ООС), действующей с выхода ОУ через управляемую цепь на его вход. Для втлюстреции изложенного рассмотрим две простые схемы, показанные на рис.
1.4. В схеме на рнс. 1,4,в управляемая цепь представлена двумя связями. Одна соединяет прямой вход ОУ с входной клеьямой устройства (й;=Я~к ), другая соединяет инверсный вход ОУ с его выходом (Ы =Яд»к ), При этом сигнал рассогласования г~»»ж уЛЕ=х»э»,,-г»э»э „. Обратная связь отрицательна (изменение Жф~»хнаправлено в сторону уменьшения рассогласования). Стационарный режим достигается при М,о= О, т.е. в стационарном режиме Я»»', к= Мэ»„, поэтому рассматриваемое устройство называют повторителем напряжения.
В 'схеме на рис. 1.4,6 управляемая цепь содержит резистивный делитель и имеет две входные клеммы. При этом спреведливо соотношение Ят =8~~ ' и=и (»' К~!К») и3 ~й»к ~Д у" ~. (1.3 ) Откуда в стационарном режиме при,яж = О ~„,„= ~~,~, -убб ~б, где ~, = (Ф-~ ('Я,); К,б = '~ У,4 (1.36) Таким образом, устройство по схеме рис. 1.4,6 реелнзует операцию взвешенного вычитания двух ситналов. Когда управляемая цепь линейна, для анелиза переходных (или частотных) характеристик устройства целесообразно использовать операторный метод, состоящий в замене реальных напряжений, действующих в цепи, изображениями их приращений.
При этом уравнения, описывающие управляемую цепь, дополняются передаточной херактеристикой ОУ (1.2). Совместное решение указанных уравнений позволяет найти изображение искомого переходного процессе и затем перейти к оригиналу.для устройстве по схеме рис.1.4-.6 в сооч»ветствии с (1.3) изображение сигнала рассогласования будет ж Фц ',ю-~ Ф~'й Я,~-~~„ФЙ+~'4 ) Решая это уравнение совместно с (1,2) относительно ~Д, ('цу" получим й~„„~ядижк — 1ИкЯ'1 ~) . ""' где2"о,»х»х2' ~у'А~ф )- эквивелентная постоянная времени к г г~~ устройства. Рис.
1.3 Рис, 1.4 Хе 1 и а? Рис. 2,1 Рис, 2.2 10 для частного случая, когда 8~» и Ххд изменяются скачком соответственно на Е1~р и 7,»»л, иэображение прирашения вы- 7»лэ ходного напряжения будет иметь вип й„„ГЬ)=|Ы,~;-и А',)/Ь~'» Р2 а соответсгвуюший оригинал У-(Ха»„®~Г, К,-ХХ КД~1-~ХР Г--й~т ~ 3~. Отметим, что полученные формулы справедливы для режима малого сигнала, когда | ~~и»„„) /сш,%~ п~ ~г ~ (( Я/ бы 7?тяф Х,л,~ф 77?с? ~~ Если данное условие не выполняется, то на начальном участке переходный процесс искажается, дополнительно затягиваясь эа счет ограничения скорости изменения 8Еу Глава 2.
КАСКАПЫ ФОРМИРОВАТЕЛЕЙ ТОКА При построении различных функциональных узлов РЭА (например, ~силительных каскадов) возникает необходимость. формирования токаХ(рис. 2„1,а), значение которого ие зависит (или слабо зависит) от напряжения Ж на нагрузке. При этом в качестве нагрузки может выступать произвольная, в обшем случае нелинейная, иногда достаточно сложная, цепь.
Простейшее решение, показанное на рис, 2,1,б, состоит в использовании высокоомного резистора /ь, подключаемого к источнику пвтаюшего напряженияУл»» . Величина формируемого тока определяется выражением Х=('и' — и)/Г. Слабая зависимость тока от напряжения Бс достигается лри условииЕ/~»у))~~ Однако увеличение питаюших напряжений связано с увеличением мошности, рассеиваемой устройством, что всегда нежелательно, а при построении интегральных микро- схем совершенно неприемлемо.
Поэтому в качестве формирова- телей тока используют либо полевые транзисторы, работящ в пологой области выходной вольт ампериой характеристик либо биполярные транзисторы по схеме с обшей базой, работаю шие в активном режиме. для сохранения названных режимов диапазон допустимых значений напряжения Кс должен быть ограничен. Граница диапа- зона определяется потенциалом базы биполярного или затвора полевого транзистора, Однако необходимость работы полевого транзистора в пологой области характеристик сужает диапазон допустимых значений на величину напряжения эапирания тран- зистора Е/~и??. Извесгны два типа формирователей тока, Первые основаны на принципе повторения тока, вторые - на принципе инверсии тока.
Упрошенная схема. формирователя первого типа (рис.2,2,а) состоит иэ первичного (резисгорного) формирователя и повто- рителя тока, выполненного на биполярном транзисторе с ОБ, Для расширения диапазона допустимых значений 8б в схему введен источник напряжениямиl~»», ТокХ?' на входе повтори- тела определяется соотношением ~~,=|'ы„,-и~„)/е (2.1) где йб' - входное напряжение повторителя, равное напряжению Ф~~- транзистора, Э то напряжение связано с выходным коллекториым током к =Х формулой гг~„= бр ~»б |'г',~ /Х, ) (2.2) где )»??- - температурный потенциал,Х - тепловой ток.
Нестабильность ~ф„, обусловленная температурным дрейфом параметров уя; и Ха, определяется температурным коэффициентом ~ Х=сГиХ„»Ы~ = г,б ВУ'С, Используя (2.1), легко получить выражение для темдературно- го коэффициента вариации; ГК1~ =01~ ///Н = - /ь мВ/оС, из которого видно, что для улучшения стабильности формируе- мого тока необходимо увеличить Я и, соответственно, напря- жение питания Б'" 2 . Точность операции передачи тока через х/гуя повторитель, описываемой соотношением Х= г',бай,./~ " Гд.д~,, достаточно высока, поскольку ток2жфд для интегральных крем ниевых транзисторов не превьшиет сотых допей мка, а коэффи- циент оь отличается от единицы на сотые доли процента. Передачу тока через повторитель можно сделать практи- чески идеальной, используя полевой транзистор вместо биполяр- ного (см.рис, 2,2,6), однако стабильность входного напряжения в этом случае снижается.
Следует отметить, что ввиду измене- ния полярности Е/х имеется возможность сформировать вход- Х ной ток фю дополнительного источника ~~~у2, получая Х=.Гд„= ~/~< /'/Г даже без резистора при коротком замыкании входной цепи (Я~Щх = О; Ю = 0). В последнем случае величина формируемого тока является параметром транзистора и обозначается через . Используя параболическую аппроксимацию входной к ххххх' вольт змперной характеристики полевого транзистора, величину Йа (с достаточной для инженерных расчетов точностью) можно Лля увеличения стабильности формирования входного тока (при любом типе повторителя) можно применить ОУ, включая его, как показано на рис. 2.2,в.
При этом ОУ выполняет функ- цию автоматического регулятора, устанавливающего сигнал рас- согласованиях(хсэ мо~ = О, после чего величина входного тока ох— однозначно определяется параметрами О~~~ и Ы . Формирователь с инверсией тока (рис. 2.З,а), называемый также отражателем тока или токовым зеркалом, выполняют на взаимно согласованных транзисторах Т1, Т2, ... Тл(, изготов- ляемых групповым способом на одном чипе кремния. При идеаль- ном согласовании транзисторы имеют строго одинаковь.е пара- метры в рабочем диапазоне внешних воздействий и условий эк- сплуатации.
Параллельное соединение эмиттерных переходов всех тран- зисторов, при котором ~~я,=Е/жу~=, „=Е/",К = Е/~е гарантирует равенство их коллекторных токов, Ток одного из транзисторов используется в качестве сигнала ООС, Этот ток, вычитаясь из входного тока 2~'., образует сигнал рассогла сования.х/, управляющий посредством автоматического регулятора (АР) режимом работы транзисторов, При идеальном регуляторе значение Е/ау установится таким, при котором сигнал рассогласования У Г = 0 и, следовательно,/ =2 1,Ь =.Е~ = 1~' . Различные схемные реализации отражателей тока отличаются друг от друга главным образом исполнением автоматического регулятора. В простейшем случае (рис.
2.З,б) ревностный сигнал непосредственно подается на шину, соединяющую базы транзисторов. Однако это приводит к погрешности, так как в стационарном режиме разностный сигнал.дХотличается от нуля на величину суммарного базового тока транзисторов, В схеме (рис. 2,З,в) погрешность уменьшена за счет эмиттерного повторителя в (1+Я ) раз. Наиболее совершенная схема, использующая АР на ОУ, показана на рис. 2,З,г. 1м~ Юн т~ ).(, (д$х (Цй Рис, 2,З Р п строении инверторов тока можно также испол уницолярные транзисторы, однако, при современном уровне технологии разброс их параметров выше, чем у биполярных, При необходимости попу пп'ь модуль коэффициента передачи, отличный от единицы, обьединяют коллекторные выводы транзисторов, что приводит к суммированию их токов.
Предположим, что в результате обьединения1р~эТПХ а /э =ххХ аа/хТогда из равенстваХд-е2/, получаем, чтоХд~хэ/уг/тх~)ХЩ~. Процедуру обьединения коллекторов можно заменить эквивалентным увеличением площади эмиттера транзистора, При этом выражение для выходного тока примет вцц = Фас /5'Ь„,, Ыа'х плошадь эмнттера транзистора ОС 5заагх плошал" эмиттера выходного транзистора. В качестве первичного формярователя входного тока отражателя можно использовать резистивную пель (рис. 2.3,г).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
