Мегаобучалка Главная | О нас | Обратная связь  


Нелинейные макромодели





В первом приближении нелинейная макромодель отражает нелинейные динамические характеристики ОУ (ограничение скорости нарастания выходного напряжения) и может быть использована при анализе по постоянному току, в частотной области и для расчета реакции на импульсы большой амплитуды.

 

Рис. 5 Упрощённая нелинейная макромодель ОУ типа 153УД1.

 

Модель (рис. 5) состоит из трех каскадов. Входной каскад содержит элементы (Jп и Jм), отображающие токи смещения ОУ, входное синфазное сопротивление (Rсп, Rсм) и напряжение смещения нуля. (Eсм). Резистор R1 добавлен в модель, чтобы схема удовлетворяла требованиям, предъявляемым некоторыми программами анализа (ведь основная цель макромоделирования – простое представление элементов в ЭВМ). Его сопротивление должно быть достаточно малым, чтобы не вносить дополнительную погрешность в расчеты. Источник тока Jсм моделирует конечный коэффициент подавления синфазного сигнала ОУ Kпс. Его крутизна

Sсм=1/KпсR1.

Элемент Rвх, Cвх моделируют входное сопротивление ОУ. Источник тока J1 совместно с пассивными элементами R2, R3, R4 и C1 моделируют частотную зависимость коэффициента усиления ОУ по напряжению. Крутизна источника J1



S1=KU/R2, (1)

где KU – дифференциальный коэффициент усиления ОУ по напряжению. Сопротивления резисторов R2 и R3 должны удовлетворять соотношению R2<<R3. Тогда частота первого полюса АХЧ ОУ

fп1=1/2πR3C1. (2)

Крутизна характеристики источника Jв определяется выходным сопротивлением:

Sв=1/Rвых. (3)

 

Ограничение скорости нарастания выходного напряжения моделируется элементами E1, E2, R5, и R6. Элементы R5 и R6 имеют ВАХ близкую к диодной. Моделирование эффекта ограничения скорости нарастания выходного напряжения происходит следующим образом. Когда напряжение на резисторе R2 превышает напряжение источника E1 (или E2) сопротивление резистора R5 (или R6) становиться небольшим и источник E1(E2) фиксирует потенциал отрицательного вывода источника J1. Падение напряжения на элементах R2 ограничивает зарядный ток емкости C1, и скорость нарастания выходного напряжения имеет конечную величину, определяемую по формулам

Vн+=E1/R3C1, Vн-=E2/R3C1.

Здесь V+н и V-н – скорости нарастания выходного напряжения в положительном и отрицательном направлении.

Номинальные значения параметров ОУ 153УД1:

Ku=25000; fп1=40 Гц; Rвх=40 кОм; Cвх=2 пФ; Rсм=100 МОм; Rвых=1500 Ом;

Uсм=6 мВ; Iразн=500 мкА; Iсм=1.5 мкА; Kпс=70 В;

Параметры макромодели ОУ 153УД1:

R1=10 Ом; R2=10 Ом; R3=4 кОм; R4=10 МОм; R5=R6=0.1 Ом (вкл);

R5=R6=10 МОм (выкл); С1=1 мкФ; E1=E2=1000 В; Sсм=32е-9 1/Ом; S1=250e-3 1/Ом;

Sв=6.7e-6 1/Ом.

Резисторы R5 и R6 моделируются кусочно-линейной зависимостью сопротивления от напряжения на резисторе. Сопротивления их указаны во включенном (вкл) и выключенном (выкл) состояниях.


Рис. 6 Нелинейная макромодель ОУ типа 153УД1

 

Более точная и соответственно более сложная нелинейная макромодель ОУ 153УД1 на рис. 6. Данная макромодель отражает нелинейные эффекты во всех каскадах ОУ, правильно описывает его при любых, в том числе и нестандартных, цепях частотной коррекции. Источники тока J1 и J2 нелинейные входные характеристики ОУ. Их параметры определяют исходя из значений входных токов ИС ОУ. Элементы E1, R2 и J3 формируют цепь смещения, ток которой есть функция входного синфазного сигнала. Источник J4 и резистор R3 формируют реакцию на выводе 1 макромодели ОУ (по переменному току). Источники J5 и R6 образуют выходную цепь второго дифференциального каскада, моделирующую реакцию ОУ на выводе 8. Источники J6 и J8 моделируют транзистор в схеме сдвига уровня ОУ, J7 и E2 представляют его выходной каскад. Ток источника J7 определяет скорость нарастания напряжения на емкости цепи частотной коррекции, подключаемой к выводу 5 макромодели ОУ.

Параметры моделей источников тока J1 и J2 определяются входными токами смещения Iсм и разностным Iразн , входным сопротивлением Rвх и напряжением смещения нуля Uсм в соответствии с формулами (1)-(3). Элемент R1 включен в макромодель лишь для того, чтобы на нем можно было выделить входное дифференциальное напряжение. Его сопротивление выбирается достаточно большим, чтобы оно не влияло на параметры макромодели. Источник E1 представляет синфазное входное напряжение. Для удобства элемент R2 исключен из рассмотрения, поскольку его сопротивление не должно быть черезмерно большим, чтобы не оказывать на результаты моделирования. Ток источника J4 определяется следующим уравнением:

IJ4=IR2 th[(UR1-Uсм)/B4], где B4= -IR2R3/K1.

Сопротивление резистора R3 в соответствии с исходной схемой (R1 и R2 на рис. 1) примем равным 25 кОм. Ток IR2 при нулевом входном синфазном напряжении (и нулевом токе источника J3) определяется по измеренной скорости нарастания напряжения V-R1 на емкости частотной коррекции CК1 при К=1 и срезе напряжения на выходе ИС ОУ:

V-R1=IR2/CK1.

Сопротивления резисторов R4, R5 и R6 определяются соответствующими резисторами исходной схемы (R6, R7 и R15 на рис. 1). Ток источника IJ5 определяется по формуле:

IJ5=0.5I0th(UR3/B5)+0.5I0,

где 0.5I0 – ток одного плеча второго дифференциального каскада сбалансированного ОУ (когда Uвых=0), например ток через резистор R6, а B5 определяется по формуле:

B5=I0R4K1/2K8, где K8 – коэффициент передачи малого входного сигнала от входа к выводу 8.

 

Источник J8 отражает усилительные свойства транзистора Т8:

IJ8J8IR5, где αJ8 принято равным 0.99, что типично для планарных n-p-n транзисторов.

Ток источника J7 определяется по скорости нарастания напряжения V+R5 при номинальной емкости частотной коррекции CK2 при К=1000:

J7= V+R5CK21000, CK2=3 пФ.

Источник напряжения E2 моделирует передаточную характеристику выходного каскада исходной схемы. Коэффициент усиления выходного каскада за счет обратной связи определяется в первом приближении соотношением R15/R7.

Элемент R7 макромодели отображает выходное сопротивление ОУ. Емкости C1-C3 определяются собственными частотами полюсов АХЧ ОУ. Емкость C1 с R3 определяет первый полюс ОУ без подключения цепей частотной коррекции, цепь R4, C2 – второй полюс, цепь R5, C5 – третий:

fп1≈1/2πR3C1, fп2≈1/2πR4C2, fп3≈1/2πR5C3.

 

Поможем в ✍️ написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой



Читайте также:
Как построить свою речь (словесное оформление): При подготовке публичного выступления перед оратором возникает вопрос, как лучше словесно оформить свою...
Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение...
Как вы ведете себя при стрессе?: Вы можете самостоятельно управлять стрессом! Каждый из нас имеет право и возможность уменьшить его воздействие на нас...



©2015-2020 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (707)

Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку...

Система поиска информации

Мобильная версия сайта

Удобная навигация

Нет шокирующей рекламы



(0.012 сек.)
Поможем в написании
> Курсовые, контрольные, дипломные и другие работы со скидкой до 25%
3 569 лучших специалисов, готовы оказать помощь 24/7