 |
Интегральная схемотехника ОУ. Основные свойства и параметры усилителя. Аткивные фильтры
|
|
|
|
Интегральная схемотехника ОУ
Многокаскадный усилитель постоянного тока, выполненный в схеме ДУ. В основе схемотехники лежит два основных принципа:
-взаимная согласованность параметров цепи и структур.
-схемотехническая избыточность.
Взаимная согласованность — следствие особенностей технологии производства ИмкС. Схемотехническая избыточность проектирования ОУ заключается в усложнение принципиальной схемы за счет снижения требования к элементам и повышения качества ИмкС.
Трехкаскадный ОУ.
Рис. 13
При последовательном соединении дифкаскадов коэффициенты усиления перемножаются, если они выражены в децибелах, то коэффициенты складываются. Введение в схему второго каскада усилителя напряжения (УН) позволяет снизить требования к параметрам транзисторной структуры. ДУ избавляет сигнал от синфазной составляющей. Третий каскад представлен двумя функциональными узлами, усилителем согласования и выходным усилителем. Необходимое согласование уровней напряжения обусловленных следующим: выходной напряжение с УН смещено в область положительных значений для каскада на транзисторах n-p-n и область отрицательных значений для структуры p-n-p. Выходной усилитель представляет собой двухтактный эмиттерный повторитель обеспечивающий работу ОУ на низкоомную нагрузку.
Двухкаскадный ОУ.
Основные свойства и параметры усилителя
Ток входа стремится к 0, выходное сопротивление стремится к 0. Для большинства ОУ коэффициент усиления находится в диапазоне от 20000 до 1000000.
Параметры:
1)Входные параметры: Напряжение смещения — значение напряжение, которое необходимо подать на вход чтоб на выходе получить 0. Входные токи обусловлены токами баз биполярных транзисторов ДК или токами утечек затворов полевых транзисторов. Разность входных токов — отличие токов инвертирующего и неинвертирующего входа. Дифференциальное входное сопротивление — приращение диф входного напряжения к диф входному току в режиме КЗ. Синфазное входное сопротивление — отношение изменения синфазного входного напряжения к изменению тока инвертирующего или неинвертирующего тока при нулевом выходном напряжении в отсутствии нагрузки.
|
|
|
2)Выходные параметры: Выходной ток — максимально допустимое значение выходного тока, при котором отсутствуют тепловые перегрузки микросхемы. Сопротивление нагрузки — минимальное значение сопротивления подключенного к выходу, при котором отсутствуют тепловые перегрузки. Сопротивление нагрузки и выходной ток связанны соотношением Iвых=Uвых/Rн. Максимальное выходное напряжение — величина напряжения на выходе при котором нелинейные искажения не превышают заданного значения.
3)Усилительные параметры: Коэффициент усиления напряжения. Коэффициент ослабления синфазного сигнала - отношения коэффициента усиления напряжения приложенного между входами к коэффициенты усилению общего для обоих входов напряжения.
4)Скоростные параметры: Скорость нарастания выходного напряжения — отношение величины изменения выходного напряжения от уровня 0. 1 до уровня 0. 9 от выходного напряжения ко времени в течение которого произошло данное изменение. Параметр измеряется при подаче ступенчатого напряжения на вход. Частота единичного усиления — значение частоты входного переменного напряжения, при которой коэффициент усиления равен 1.
Аткивные фильтры
Подключение rc-фильтра ко входу ОУ позволяет обеспечить режимы близкие к ХХ, при этом обеспечивают необходимый коэффициент усиления. Такое сочетание ОУ с rc-цепью образует активный фильтр. Усилители имеющие избирательные свойства условно подразделяют на фильтры: низких, высоких частот, полосовые (селекторные), режекторные (заграждающие).
|
|
|
Фильтры низких и высоких частот пропускают только низкие или только высокие частоты. Полосовые и режекторные обеспечивают пропускание или не пропускание сигналов определенных частот.
Для получения усилителей избирательных свойств в области низких частот (ниже 20кГц) преимущественно применяют rc-цепи интегрирующего или дифференцирующего типа. Они включаются на входе или выходе усилителя и охватывают его частотно зависимые обратные связи. В области высоких частот в качестве фильтров низких частот применяются иногда катушки индуктивности, а полосовые и режекторные используются на основе lc-фильтров.
ФВЧ
ФНЧ
Рис. 14
Активный фильтр — электронный усилитель, содержащий rc-цепи, включенные так, что у усилителя появляются избирательные свойства.
Для фильтра ВЧ, который часто используется в качестве дифференцирующего устройства, коэффициент передачи определится как
 | |||
 | |||
Частоту сопряжения амплитуд находят из условия
 | |||
 | |||
Для фильтра НЧ
 |
Как видно передаточные функции простейших фильтров представляют собой уравнения первого порядка, поэтому их называют фильтрами первого порядка.
При объединении фильтров НЧ и ВЧ получаем полосовой фильтр.
Рис. 15
Для улучшения избирательности нужно повышать порядок передаточной функции засчет введения дополнительных rc-цепей или последовательного включения идентичных активных фильтров. На практике наиболее часто используют ОУ с обратной связью, работа которых описываются уравнением второго порядка, такие фильтры называются фильтрами второго порядка
ФНЧ
ФВЧ
Полосовой фильтр
Рис. 16
- для ФНЧ
 |
- для ФВЧ
 |
- для полосового фильтра
Резонансная частота полосового фильтра
|
|
|
Начало среза ФНЧ
Начало среза ФВЧ
Достаточно часто полосовые фильтры второго порядка реализуются с помощью мостовых цепей. Наиболее распространены двойные Т-образный мосты, которые не пропускают сигнал на частоте резонанса, и мосты Вина, имеющие максимальный коэффициент передачи на резонансной частоте.
Рис. 17 Мост Вина
При использовании моста Вина на частоте резонанса получается максимальная глубина положительной обратной связи и наибольшее усиление, при этом для сохранения устойчивости глубина ООС, созданная с помощью резисторов R1 и R2, должна быть положительной.
|
|
|
