Материал: Анализ интегрирующего дифференциального усилителя на операционном усилителе

Для выбранной на схеме замещения (рис. 3.3) системы независимых циклов , , поэтому выражения для схемных функций относительно инвертирующего входа принимают вид:

;

;

.

Для неинвертирующего входа ветвь источника сигнала является внутренней (, , ), поэтому схемные функции определяются выражениями, содержащими суммарные алгебраические дополнения укороченной матрицы сопротивлений:

;

;

.

Коэффициент передачи напряжения для дифференциального сигнала определится как

.

Если принять , то выходной импеданс равен

.

5. РАСЧЕТ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

Частотные характеристики широко применяются при анализе усилительных устройств. Они отражают свойства усилителя в стационарном состоянии периодического типа, когда в качестве тестового воздействия используется гармонический сигнал. Выражения для частотных характеристик могут быть получены из выражений для соответствующих схемных функций через формальную замену оператора Лапласа на оператор Фурье: .

Основными для оценки свойств усилителя являются амплитудно-частотная характеристика и фазо-частотная характеристика:

, ;

, ;

, ;

, .

Рисунок 5.1 Амплитудно-частотная характеристика коэффициента передачи напряжения

частотный усилитель схемотехнический напряжение

Рисунок 5.2 Фазочастотная характеристика коэффициента передачи напряжения

Рисунок 5.3 Амплитудно-частотная характеристика входного импеданса инвертирующего входа

Рисунок 5.4 Фазочастотная характеристика входного импеданса инвертирующего входа

Рисунок 5.5 Амплитудно-частотная характеристика входного импеданса неинвертирующего входа

Рисунок 5.6 Фазочастотная характеристика входного импеданса неинвертирующего входа

Рисунок 5.7 Амплитудно-частотная характеристика выходного импеданса

Рисунок 5.8 Фазочастотная характеристика выходного импеданса

6. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НА ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВАРЬИРУЕМЫХ ПАРАМЕТРОВ УСИЛИТЕЛЯ

В качестве варьируемых параметров выступают резистор R3 и ёмкость C1. Для исследования влияния указанных параметров на свойства усилителя провёдем расчет частотных характеристик при следующих сочетаниях варьируемых параметров: , , , .

Рисунок 6.1 Семейство амплитудно-частотных характеристик коэффициента передачи напряжения при

Рисунок 6.2 Семейство фазочастотных характеристик коэффициента передачи напряжения при

Рисунок 6.3 Семейство амплитудно-частотных характеристик входного импеданса инвертирующего входа при

Рисунок 6.4 Семейство фазочастотных характеристик входного импеданса инвертирующего входа при

Рисунок 6.5 Семейство амплитудно-частотных характеристик входного импеданса неинвертирующего входа при

Рисунок 6.6 Семейство фазочастотных характеристик входного импеданса неинвертирующего входа при

Рисунок 6.7 Семейство амплитудно-частотных характеристик выходного импеданса при

Рисунок 6.8 Семейство фазочастотных характеристик выходного импеданса при

Рисунок 6.9 Семейство амплитудно-частотных характеристик коэффициента передачи напряжения при

Рисунок 6.10 Семейство фазочастотных характеристик коэффициента передачи напряжения при

Рисунок 6.11 Семейство амплитудно-частотных характеристик входного импеданса инвертирующего входа при

Рисунок 6.12 Семейство фазочастотных характеристик входного импеданса инвертирующего входа при

Рисунок 6.13 Семейство амплитудно-частотных характеристик входного импеданса неинвертирующего входа при

Рисунок 6.14 Семейство фазочастотных характеристик входного импеданса для неинвертирующего входа при

Рисунок 6.15 Семейство амплитудно-частотных характеристик выходного импеданса при

Рисунок 6.16 Семейство фазочастотных характеристик выходного импеданса при

Анализ частотных характеристик показывает, вариация элементов схемы оказывает влияние на частотные характеристики.

Вариация  вызывает изменение постоянной времени интегратора прямо пропорционально ёмкости конденсатора.

Вариация  вызывает изменение выходного импеданса схемы, и практически не оказывает влияния на коэффициент передачи напряжения и входной импеданс.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведённый расчёт частотных характеристик на основе уточнённой математической модели интегрирующего усилителя подтвердил правильность его проектирования по инженерной методике расчёта.

Расхождение основных параметров схемы: для постоянной времени интегрирования не превышает 0,7%, для входного импеданса не превышает 0,03%, для выходного импеданса не превышает 0,05%.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Шарапов А. В. Электронные цепи и микросхемотехника: учеб. пособие/ А. В. Шарапов. Томск: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, 2013. Ч.1: Аналоговая схемотехника. 160 с.

. Работы выпускные квалификационные [Текст]: методические указания по оформлению документации/ сост. В. П. Родюков; Факультет дистанционного обучения, ТУСУР. Томск: Факультет дистанционного обучения, ТУСУР, 2011. 110 с.

. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник / С. В. Якубовский, Л. И. Ниссельсон, В. И. Кулешова и др.; Под ред. С. В. Якубовского. М.: Радио и связь, 1990. 496 с.: ил.

. Легостаев Н. С. Материалы электронной техники: методические указания по изучению дисциплины/ Н. С. Легостаев. Томск: Эль Контент, 2012. 184 с.

. Расчет электронных схем. Примеры и задачи/ Г. И. Изъюрова [и др.]. М.: Высшая школа, 1987. 335 с.