- •Схемотехника аналого – цифровых устройств
- •Лекция 1. Введение. Структура устройств ввода-вывода информации в эвм
- •Введение
- •Принципы построения систем обработки данных с использованием эвм
- •Состав устройств ввода информации в эвм
- •Состав устройств вывода
- •Лекция 2. Основные сведения об интегральном операционном усилителе. Структурная схема операционного усилителя
- •Понятие идеального усилителя и его свойства
- •Классификация операционных усилителей
- •Структурная схема операционного усилителя. Определения дифференциального и синфазного сигналов
- •Лекция 3. Основные параметры оу
- •Входные параметры
- •Выходные параметры и параметры передачи
- •Параметры передачи
- •Лекция 4. Схемотехника входных каскадов оу
- •Принципы построения входного дифференциального каскада
- •Малосигнальные параметры входного дифференциального каскада
- •Лекция 5. Генераторы стабильного тока в схемотехнике оу
- •Особенности построения источников тока в схемотехнике оу
- •Базовые схемы источников тока
- •Основные модификации источников тока
- •Лекция № 6. Назначение и принцип работы каскадов сдвига уровня и основы схемотехники выходных каскадов оу
- •Назначение и принцип работы каскадов сдвига уровня
- •Основы схемотехники выходных каскадов оу
- •Защита выходных каскадов от короткого замыкания
- •Лекция №7. Базовые схемы включения оу в аппаратуре
- •Повторитель напряжения
- •Неинвертирующий усилитель
- •Инвертирующий усилитель
- •Лекция 8. Частотная характеристика оу
- •Формирование частотной характеристики оу
- •Логарифмические частотные характеристики оу
- •Частотная характеристика оу при наличии отрицательной обратной связи
- •Лекция 9. Устойчивость работы схем с оу. Частотная коррекция
- •Причины неустойчивой работы схем с оу
- •Частотная коррекция схем с оу
- •Лекция 10. Схемы на основе оу для выполнения математических операций
- •Суммирующий усилитель
- •Интегрирующий усилитель
- •Пояснения к работе интегрирующего усилителя:
- •Дифференцирующий усилитель
- •Логарифмирующий усилитель
- •Лекция 11. Активные фильтры
- •Основные сведения, классификация и типы частотных характеристик активных фильтров
- •Анализ схемы двухполюсного активного фильтра
- •Фильтры с переключаемыми конденсаторами
- •Мдп-транзисторы (полевые транзисторы с изолированным затвором)
- •Для реализации резистора
- •Лекция №12. Компаратор напряжения
- •Основные сведения и особенности схемотехники компараторов напряжения
- •Принцип работы компаратора при сравнении сигналов разной полярности
- •Анализ систематических и случайных ошибок в работе компаратора при сравнении сигналов разной полярности
- •Лекция №13. Компаратор с гистерезисом
- •Принцип работы компаратора при сравнении сигналов одной полярности
- •Компаратор с гистерезисной характеристикой
- •Лекция №14. Классификация и состав функциональных блоков цифроаналоговых преобразователей
- •Классификация цифроаналоговых преобразователей
- •Ключевые элементы цифроаналоговых преобразователей
- •Резистивные матрицы цифроаналоговых преобразователей
- •Цап с матрицей двоично-взвешенных сопротивлений
- •Цап с матрицей r-2r с выходом по току
- •Цап с матрицей r-2r с выходом по напряжению
- •Далее, аналогично не сложно показать, что при коде 0010 потенциал точки а будет равен , а при коде 0001 –. Поэтому аналогично по двоичному закону будет меняться и выходное напряжение всей схемы.
- •Классификация ацп
- •Аналого-цифровые преобразователи последовательного счета
- •Ацп с промежуточным преобразованием во временной интервал
- •Ацп последовательного счета с цифровым интегратором
- •Ацп с двухтактным интегрированием
- •Лекция 17. Ацп слежения, параллельного действия и поразрядного кодирования
- •Аналого-цифровые преобразователи слежения
- •Аналого-цифровые преобразователи параллельного действия
- •Аналого- цифровые преобразователи поразрядного кодирования
- •Лекция №18. Теоретические основы аналоговой и гибридной вычислительной техники
- •Основные понятия моделирования. Система аналогий, критерий подобия
- •Масштабы и масштабные уравнения Пусть дифференциальное уравнение механической системы, являющееся упрощенной моделью системы подвески автомобиля имеете вид:
- •Пояснения к рисунку:
- •Примеры использования масштабных уравнений Расчет коэффициента передачи суммирующего усилителя
- •Пример моделирования дифференциального уравнения второго порядка
- •Лекция №19. Аналого-цифровые вычислительные комплексы
- •Структура аналого-цифрового вычислительного комплекса
- •Структура авм
- •Заключение
- •Список литературы
Частотная коррекция схем с оу
При введении частотной коррекции необходимо сделать так, чтобы при заданном Kос дополнительный фазовый сдвиг между входным и выходным сигналами был меньше 1800.
Для того, чтобы это осуществить, в ОУ имеются специальные выводы для подключения элементов частотной коррекции, например, как это показано на рис. 52.
Рис. 52. Пример подключения корректирующего конденсатора
Рассмотрим, как работает эта простейшая частотная коррекция.
Обычно такое подключение корректирующего конденсатора осуществляется к выходу одного из усилительных каскадов (чаще всего второго), как это показано на рис. 53.
Рис. 53. Внутрисхемное подключение коррекции
При включении Ск на АЧХ скорректированного усилителя появляется новая частота среза, назовем ее частота среза корректирующей цепи ():
(91) |
Рис. 54. К пояснению частотной коррекции
Так как это цепь первого порядка, то она дает наклон АЧХ . На частоте спад скорректированного усилителя будет определяться и спадом нескорректированного усилителя, поэтому наклон АЧХ станет , но при этом пересечение частотной характеристики Kос с АЧХ скорректированного усилителя произойдет в более низкочастотной области, чем это было при нескорректированном усилителе. Поэтому дополнительный фазовый сдвиг получается меньше 1800 и схема будет устойчива. Устойчивость достигается за счет снижения быстродействия.
Основной недостаток рассмотренной коррекции – сильное снижение быстродействия схем. Поэтому наиболее часто используют коррекцию в предвыходном каскаде, которую можно показать на структурной схеме ОУ следующим образом:
Рис. 55. Коррекция в предвыходном каскаде, где
R – выходное сопротивление предпоследнего каскада, RКи CК– элементы коррекции
Для того, чтобы пояснить принцип действия этой коррекции найдем передаточную функцию этого корректирующего устройства следующим образом:
, |
(92) |
где U1 – входной сигнал корректирующей цепи.
U2 – выходной сигнал корректирующей цепи.
–передаточная функция корректирующей цепи.
При известном U1 найдем U2:
|
Окончательно получим, что:
. |
(93) |
С точки зрения теории автоматического управления это есть произведение коэффициентов передачи форсирующего и запаздывающего звена (интегро-дифференцирующее звено). При этом запаздывающего звена меньше, чем форсирующего звена, так как они определяются следующим образом:
(94) | |
(95) |
Тогда работу схемы можно пояснить следующими диаграммами:
Рис. 56. Диаграммы к пояснению коррекции в предвыходном каскаде
При заданном Кос и использовании нескорректированного усилителя фазовый сдвиг оказывается больше 1800 и поэтому схема будет неустойчива. После введения элементов частотной коррекции на АЧХ скорректированного усилителя спад начинается с частоты , которая ниже частоты среза первого каскада.
Этот спад АЧХ равен . На этой частоте среза появляется дополнительный фазовый сдвиг 450. С увеличением частоты входного сигнала начинает сказываться действие корректирующей цепи форсирующего типа. И на частоте входного сигнала АЧХ скорректированного усилителя не имеет спада.
Начиная от частоты и выше, спад АЧХ скорректированного усилителя уже определяется АЧХ нескорректированного усилителя. Но при этом частотная характеристика Кос пересекает АЧХ при более низкой частоте, что дает меньший фазовый сдвиг. Поэтому схема оказывается устойчива.
Рассмотренные коррекции используются в ОУ не имеющих внутреннюю коррекцию.
В ОУ с внутренней частотной коррекцией используется коррекция на эффекте Миллера, который заключается в «кажущемся» увеличении емкости при её включении в цепь отрицательной обратной связи (рис. 57).
Рис. 57. Подключение коррекции в ОУ с внутренней коррекцией
В ОУ внутренний корректирующий конденсатор не больше десятков пФ. Если бы его включили как в предыдущем случае, то частота среза цепи была бы очень большая, что не обеспечило бы устойчивость усилителя. Поэтому его включают в обратную связь одного из усилительных каскадов, как это показано на рис. 58.
Рис. 58. Включение Ск в усилителях с внутренней коррекцией.
Найдем передаточную функцию корректирующей цепи. Второй каскад при этом считаем идеальным усилителем, поэтому:
;
|
(96) |
; |
(97) |
; |
(98) |
Подставим (141) в (140) и получим: |
|
(100) | |
После преобразований имеем:
|
|
| |
| |
(101) | |
По определению передаточная функция найдется:
|
|
(102) |
Даже если 100, то Сэф 1000 пФ, поэтому по сравнению с пассивной корректирующей цепью частота среза этого корректирующего устройства оказывается много меньше частоты среза первого каскада ОУ.
Частотные характеристики ОУ с внутренней коррекцией имеют вид, показанный на рис. 59.
Рис. 59. Частотные характеристики ОУ с внутренней коррекцией
Контрольные вопросы
1. Причины неустойчивой работы схем с ОУ.
2. Частотная коррекция в предвыходном каскаде.
3. ОУ с внутренней частотной коррекцией.