Содержание
Введение
1. Простейшие преобразователи напряжения в ток
2. ПНТ на основе дифференциальных каскадов
3. Повышение линейности ПНТ
4. Исследование ПНТ
Библиографический список
Введение
Преобразователинапряжение-ток (ПНТ) также являются важным элементом в схемотехнике аналоговыхэлектронных устройств. На их основе могут быть выполнены различные прецизионныеоперационные усилители, в которых ПНТ используется как входной дифференциальныйкаскад; ПНТ органично входят в структуры АПН и могут использоваться в различныхизмерительных схемах.
1. Простейшиепреобразователи напряжения в ток
Принцип преобразованиянапряжения в ток может быть проиллюстрирован с помощью простейшегоусилительного каскада на одиночном транзисторе (рис. 1). (Отметим, что резисторR1 выполняет функцию подключенияколлектора к шине питания; он достаточно низкоомный и служит как датчик токапри измерении тока коллектора.)
/>
Рис. 1. Простейшийпреобразователь напряжение-ток на одиночном транзисторе
Предположим, чтонапряжение смещения UC транзисторуобеспечивает источник сигнала UС.Тогда для тока эмиттера IЭ транзистораможет быть записано следующее уравнение:
/>. (1)
Оценивать качествопреобразования входного напряжения в выходной ток (ток коллектора IK транзистора) наиболее просто, находякрутизну прямого преобразования S:
/>
при условии, что a » 1.
Находить производную отвыражения (1) в явном виде – достаточно громоздкая процедура, поэтому можнонайти производную dUC/dIk, а затем взять обратную величину:
/>,
то есть
/>. (2)
Выражение (2) показывает,что качество преобразования входного напряжения в выходной ток существеннымобразом зависит от дифференциального сопротивления эмиттера транзистора,которое, в свою очередь, зависит от тока эмиттера, а следовательно, от входногонапряжения. Таким образом, простейший ПНТ обладает двумя существенныминедостатками:
- нелинейностьюкрутизны преобразования;
- отсутствиевозможности осуществлять преобразование двухполярных сигналов.
2. ПНТ на основедифференциальных каскадов
Обеспечить преобразованиедвухполярных сигналов можно с помощью ПНТ на основе дифференциального каскада споследовательной отрицательной обратной связью по току в эмиттерной цепи (рис.2а).
/> />
а) б)
Рис. 2. Преобразовательнапряжение-ток а) и его проходная характеристика б)
Для схемы ПНТ (рис. 2а),воспользовавшись вторым правилом Кирхгофа, можно записать следующее уравнениедля узловых потенциалов:
/>, (3)
где jT – температурный потенциал;
IХ – приращение токачерез резистор R1 при воздействии входного напряжения UX.
С учётом того, чторазность напряжений база-эмиттер можно представить как:
/>,
проходная характеристикатакого звена (рис. 2б) может быть представлена следующим образом:
/>. (4)
Очевидно, что нелинейнаясоставляющая в проходной характеристике определяется первым слагаемым ввыражении (4).
Достаточно удобнымспособом оценки погрешности такого преобразователя, обусловленнойнелинейностью, может служить нахождение отклонения реальной функции IХ /I0 (кривая 2 на рис. 2б) от её линейного приближения (кривая 1на рис. 1б). Отметим, что кривая 2 (рис. 2б) представляет собой разностьвыходных токов коллекторов транзисторов дифференциальной пары.
Отклонение от линейностиможно представить следующим образом:
/>, (5)
где SX=dIX /dUX –крутизна прямой передачи, определяемая из выражения (4);
dIX – абсолютное отклонение тока;
S0 =I0 /U0 –крутизна прямой передачи при линейном приближении;
I0 – максимальный выходной токпреобразователя при подаче на вход максимального напряжения U0.
Отметим, что SX(0) = S0, поэтому:
/>; (6)
/>, (7)
где rE = jT/I0 – дифференциальное выходное сопротивление транзисторов VT1, VT2 со стороны эмиттера при начальном токе I0; X=IX/I0.
Подставляя (6) и (7) в(8), получаем:
/>, (8)
поскольку при g
Формула (5) справедливапри относительно малых погрешностях преобразования – меньше 2-3 %. В этомслучае при моделировании относительное отклонение от линейности можно представитькак:
преобразовательток напряжение
/>, (8а)
где SМАКС – максимальное значение крутизнына участке ±U0.
Из (8) следует, чтоприемлемых уровней погрешности (меньше 0,1 %) можно достичь только привыполнении условий: R1/2rE > 500 и относительном изменениитока X
Основная погрешностьлинейности преобразования рассмотренного ПНТ обусловлена существенной режимнойзависимостью rE от тока эмиттера.
3. Повышение линейностиПНТ
Каким же образом можноуменьшить влияние дифференциального сопротивления эмиттера на работу подобногоПНТ?
Одним из способовснижения влияния дифференциального сопротивления эмиттеров транзисторов служитвведение отрицательной обратной связи.
Упрощённая принципиальнаясхема ПНТ с операционными усилителями в цепи обратной связи приведена нарисунке 3.
/>
Рис. 3. Упрощённая схемаПНТ с операционными усилителями
В этой схемотехническойконфигурации повышение линейности достигается за счёт того, что разностьнапряжений между входами операционного усилителя имеет достаточно малоезначение, которое практически не меняется, значение дифференциального сопротивленияэмиттера делится в петлевое усиление раз, что можно описать выражением:
/>, (9)
где К – коэффициентусиления по напряжению операционного усилителя.
Из (9) можно получитьвыражение для крутизны преобразования входного напряжения в ток:
/>, (10)
то есть влияниенелинейной составляющей ослабляется в петлевое усиление раз.
С точки зрениялинейности, такая схема обладает наилучшей линейностью преобразованиянапряжения в ток (при достаточно большом коэффициенте усиления операционногоусилителя), практически не требует настройки, однако достаточно сложна и обладаетполосой пропускания, определяемой операционным усилителем.
На рисунке 4 приведёндостаточно простой вариант реализации такой схемы при интегральном исполнении,однако, как видно из рисунка, он весьма громоздок, причём на рисункеотсутствуют реальные источники тока.
/>
Рис. 4. Схема ПНТ слинеаризацией крутизны преобразования за счёт ООС
В связи с вышеизложеннымсхему ПНТ (рис. 4) целесообразно использовать только при интегральномисполнении. Кроме того, следует помнить, что частотные свойства такогопреобразователя будут не очень хорошими по сравнению с ПНТ на одиночном дифференциальномкаскаде.
Другой способ устранениянелинейности преобразования демонстрируется схемой ПНТ, представленной нарисунке 5. Этот способ компенсации нелинейности получил достаточно широкоераспространение [19, 20]. Суть его заключается в следующем: тем или инымспособом формируется компенсирующий ток, ослабляющий влияние изменения rE дифференциального каскада при изменениитока эмиттера.
Работает схема ПНИ (рис.5) следующим образом. Транзисторы VT1 и VT6, образующие дифференциальныйкаскад, с помощью резистора R1осуществляют преобразование входного напряжения в выходной ток. Транзисторы VT2 и VT5 включены по схеме с общей базой и передают токи коллекторовтранзисторов VT1 и VT6 на выход с коэффициентом передачи α » 1. Одновременно с этим при изменениитоков эмиттеров транзисторов VT2 и VT5 меняются и их напряжениябаза-эмиттер. В этом случае меняется и разность напряжений база-эмиттертранзисторов VT2 и VT5, причём в зависимости от знака приращения входногонапряжения UX разность напряжений база-эмиттертранзисторов VT2 и VT5 также меняет знак. Вспомогательный дифференциальный каскадна транзисторах VT3 и VT4 с помощью резистора RK преобразует напряжение,пропорциональное разности баз-эмиттер транзисторов VT2 и VT5, вток, который перекрёстным образом отправляется на токовые выходы ПНТ. Посколькув базовой схеме ПНТ на транзисторах VT1 и VT6 присутствует составляющая,обусловленная DUБЭ1,6 этих транзисторов, то при условии,что транзисторы VT2 и VT5 в точности идентичны транзисторам VT1 и VT6, а токи источников опорного тока одинаковы, выборомсопротивления резистора RKможно скомпенсировать влияние DUБЭ1,6.
/>
Рис. 5. ПНТ слинеаризацией влияния дифференциального сопротивления эмиттеров транзисторовдифференциального каскада
Оценку нелинейностипреобразования напряжения в ток для схемы рисунка 5 можно произвести следующимобразом. Рассмотрим следующие уравнения:
/>; (11)
/>, (12)
где /> – разность напряжений база-эмиттертранзисторов VT2 и VT5;
IK – компенсирующий токвспомогательного дифференциального каскада на транзисторах VT3 и VT4; К = IK/I0, Х = IX/I0.
Суммарный выходной токПНТ c учётом знаков приращений можнопредставить как IS = IX — IK, откуда из (11) и (12) следует:
/>. (13)
Поскольку (1+К) » 1, последнее слагаемое в выражении(13) можно разложить в ряд. Тогда выражение (13) представить как:
/>. (14)
Так как IK =IX — IS, а jТ/I0=rE, выражение (14) может быть преобразовано к виду:
/>. (15)
При выполнении условия:
/> (16)
второе слагаемое в выражении (15)обращается в нуль, поэтому результирующая крутизна преобразования напряжения вток не будет зависеть от уровня входного сигнала.
Так как выражение (15)было получено при определённых допущениях (например, a всех транзисторов не зависят от токаи равны единице), выполнение условия (14) не исключает полную независимостькрутизны от уровня входного напряжения. Однако погрешность преобразования можносделать достаточно малой, что подтверждается результатами моделированиярассмотренных схем (рис. 6).
Графики, приведённые нарисунке 6, по сути, представляют собой отклонение в процентах нормированнойкрутизны прямой передачи от единицы, что при U0 = 1 совпадает с выражением (8).Для схемы рисунка 2а максимальное отклонение составляет 0,75 %, а для схемы ПНТрисунка 5 – не превышает 0,015 %.
/>
Рис. 6. Графики, иллюстрирующие отклонениеот линейности схем ПНТ рисунка 2а (¯) и ПНТ рисунка 5 (□)
Следует также отметить,что для схемы ПНТ, приведённой на рисунке 5, достаточно точное выражение дляотклонения от линейности может быть получено из выражений (13) и (14) послеаппроксимации их полиномами четвёртой степени. В этом случае можно датьследующие рекомендации. Условие (16) даёт приближённое значение сопротивленийрезисторов R1 и RK, а дальнейшую параметрическую оптимизацию можно осуществить,добиваясь, чтобы значения отклонения на краях диапазона совпадали со значениеотклонения в точке UX = 0. Это будет наилучшее приближение к линейной функции[21].
Некоторый недостатоксхемы ПНТ (рис. 5) – наличие четырёх идентичных источников тока, которые, содной стороны, повышают энергопотребление схемы, с другой – их неидентичностьнарушит выполнение условий компенсации нелинейности во всём диапазоне входныхнапряжений.
Отметим, что для качественнойработы подобных схем ПНТ важна абсолютная идентичность (симметричность) каналовусиления для положительных и отрицательных приращений входного сигнала.
Дабы уйти отнеобходимости использовать четыре согласованных источника тока, можновоспользоваться способом, реализованным в схемах ПНТ, приведённых на рисунках 7и 8 [22, 23].
/>
Рис. 7. Схемавысоколинейного ПНТ с делителями тока в коллекторной цепи для компенсации нелинейнойсоставляющей крутизны преобразования
Работу схемы рисунка 7можно пояснить следующим образом. Транзисторы VT1 и VT2образуют дифференциальный каскад, который с помощью резистора R0 осуществляет преобразование входногонапряжения в ток коллекторов названных транзисторов. В коллекторные цепитранзисторов VT1 и VT2 включены делители тока на транзисторах VT3, VT4, VT5 и VT6, VT7, VT8(обведены пунктиром на рисунке 7).
Делители токапредставляют собой токовое зеркало Вильсона, которое питается «снизу» отисточника тока, поэтому ток коллектора транзистора VT1 (VT2)перераспределяется между транзисторами VT4 и VT5 (VT8 и VT6) в зависимости от отношения площадей эмиттеров транзисторовVT3 и VT5 (VT7 и VT6).
Таким образом, частьтока, пропорциональная входному напряжению UX, ответвляется с помощью делителей тока, и на транзисторах VT9 и VT10 выделяется разность напряжений база-эмиттер, являющаясяфункцией приращения выходного тока IX. С помощью резистора RКформируется компенсирующий ток, так что разносное приращение токов на выходеможно представить выражением:
/>, (17)
где К
Третье слагаемое в правойчасти выражения (17) и есть компенсирующий ток. Очевидно, что, если выполнитьусловие:
/>,
слагаемые, содержащиелогарифм, обращаются в нуль, в результате крутизна прямого преобразования:
/>, (18)
что несколько меньше, чемв базовой схеме ПНТ (рис. 2а), в связи с чем К рекомендуется выбирать меньше0,5 (например 0,1…0,2).
Схожей по принципудействия оказывается схема ПНТ (рис. 8). Здесь делитель тока выполненнепосредственно в дифференциальном каскаде, а принцип формированиякомпенсирующего тока аналогичен предыдущему случаю.
/>
Рис. 8. Схемавысоколинейного ПНТ с делителями тока в дифференциальном каскаде длякомпенсации нелинейной составляющей крутизны преобразования
Отметим, что в этомслучае выбором площадей эмиттеров пар транзисторов VT1 и VT2 (VT3 и VT4) коэффициент деления Кi опорного тока I0 длясоответствующего плеча дифференциального каскада выбирается из условий:
/>,
где Si – площадь эмиттера соответствующеготранзистора.
Очевидна необходимость втом, чтобы S1 > S2 (S4> S3), так как и в этом случае из-заделения выходных токов дифференциального каскада результирующая крутизна несколькоснижается и определяется выражением (15), причём К=S2/S1 = S3/S4.
Формироватькомпенсирующий ток можно и в эмиттерных цепях базового дифференциальногокаскада, как это показано на рисунке В этом случае часть компенсирующего токапопадает в эмиттер дифференциального каскада, а часть тока, обусловленная коэффициентомпередачи делителя тока на транзисторах VT7, VT8 (VT9, VT10), перекрёстно отправляется в коллекторы транзисторовдифференциальной пары. За счёт этого удаётся незначительно снизить крутизну преобразованияпри достаточно высокой линейности. Отметим, что последняя схема ПНТ обладаетнаибольшим динамическим диапазоном входного сигнала из ранее рассмотренных приодинаковом отклонении от линейности.
/>
Рис. 9. Схема ПНТ,формирующая компенсирующие токи в эмиттерных цепях дифференциального каскада
Фактически всякомпенсирующая цепь обеспечивает неизменность тока эмиттера транзисторовдифференциальной пары при изменении входного напряжения. Действительно, есливходное напряжение UX растёт, растёти эмиттерный ток транзистора VT1 засчёт приращения тока через резистор R0. Одновременно с этим растёт напряжение и на базе транзистора VT10 (на базе транзистора VT7 напряжение соответственноуменьшается), что приводит к уменьшению тока эмиттера транзистора VT7 за счёт появления приращения токачерез резистор RK и к снижениютока эмиттера транзистора VT1.Таким образом, ток эмиттера транзистора VT1, наряду с положительным приращением тока через резистор R0, получает отрицательное приращениетока через коллектор транзистора VT7, ипри правильном выборе резистора RK токэмиттера транзистора VT1перестаёт зависеть от входного напряжения. Естественно, ток эмиттератранзистора VT2 зависит от входного сигнала «сточностью до наоборот», в результате чего влияние режимно зависимыхдифференциальных сопротивлений эмиттеров транзисторов VT1 и VT2исключается.
Условие максимальнойлинейности можно получить из выражения для разности выходных токов ПНТ:
/>, (19)
где К
Собственно условиекомпенсации определяется выражением:
/>. (20)
С учётом (17) линейнаясоставляющая крутизны прямой передачи ПНТ определится как:
/>.
К сожалению, предложенныесхемы не лишены недостатка: за высокую линейность и малое токопотреблениеприходится «платить» снижением крутизны преобразования на 30–40 %. Если вместоделителя тока в схеме ПНТ использовать ответвитель тока (рис. 10), то наряду сповышением линейности крутизну преобразования можно повысить в два-три раза.Эта схема носит чисто иллюстративный характер, чтобы показать широкиевозможности методов компенсации нелинейных составляющих схемной функции крутизныпреобразования входного напряжения в выходной ток.
/>
Рис. 10. Схема ПНТ сответвителями тока
Для определения условийкомпенсации нелинейности в этой схеме необходимо решить систему трансцендентныхуравнений, что можно сделать только численно. Однако принцип функционированиятакже похож на предыдущие. Ответвители тока на транзисторах VT3, VT4, резисторе R3 и VT5, VT6, резисторе R4имеют нелинейную характеристику, причём такую, что дифференциальный коэффициентпередачи тока транзистора VT1 (VT2) имеет отрицательный знак, поэтомуприращения токов транзистора VT1 и VT4 с помощью транзисторов VT7, VT8 складываются (а не вычитаются, как в предыдущих случаях).За счёт этого крутизна прямой передачи ПНТ возрастает. С помощью транзисторов VT8, VT9 и резистора RК формируетсякомпенсирующий ток, пропорциональный jТ, так что выполняется условие частичной нейтрализациивлияния режимно зависимых сопротивлений эмиттеров транзисторовдифференциального каскада. Ещё одним недостатком подобных схем ПНТ являетсянеобходимость использовать транзисторы p-n-p типа, что в большинстве случаевограничивает частотный диапазон схемы.
Ещё одним перспективнымнаправлением построения высоколинейных ПНТ являются мостовые преобразователи(рис. 11).
/>
Рис. 11. Схема мостовогоПНТ
Схема мостовогопреобразователя напряжение-ток изначально имеет меньшую погрешностьпреобразования в сравнении с базовой схемой на основе дифференциальногокаскада, так как в мостовой схеме осуществляется взаимная компенсация выходногосопротивления транзисторов, являющегося основным источником погрешности. Отметим,что резисторы R4 и R5 включены в схему только как датчики тока.
Можно показать, что ток,протекающий через резистор R2,определяется как:
/>, (21)
где /> – соответственнообъёмные сопротивления баз транзисторов n-p-n и p-n-p типов.
Если в первом приближениипренебречь объёмным сопротивлением баз транзисторов, то в выражении (21)исчезает квадратичная (нелинейная) составляющая тока через резистор R2. То есть выходное сопротивление состороны эмиттеров транзисторов VT1 и VT8 (VT4 и VT6) впервом приближении постоянно и не зависит от уровня входного сигнала.
Существенным недостаткоммостового преобразователя является то, что его крутизна в два раза ниже всравнении с дифференциальным каскадом. В самом деле, приращение тока IX через резистор R2 возникает за счёт того, что токэмиттера транзистора VT1получает приращение +IX/2,а ток эмиттера транзистора VT8 получаетприращение -IX/2. По аналогии: только спротивоположными знаками происходят приращения токов в транзисторах VT4 и VT6 соответственно.
Устранить этот недостатокможно за счёт введения повторителей тока на транзисторах VT13, VT12 и VT14, VT11, выходы которых включеныперекрёстно к выходам ПНТ и добавляют в выходной ток составляющую,пропорциональную IX.
Использование резистора R16 придаёт нелинейные свойстваповторителю тока, что позволяет дополнительно компенсировать нелинейностьпреобразователя при одновременном повышении крутизны преобразования в заданноечисло раз.
Кроме того, динамическийдиапазон мостовых ПНТ по входному сигналу теоретически может достигатьдиапазона ±ЕП, чтопринципиально недостижимо в преобразователях напряжение-ток на основедифференциального каскада. Это особенно важно при проектировании низковольтныхпрецизионных схем.
На рисунке 12представлены результаты моделирования схемы мостового ПНТ.
/>
Рис. 12. Графики,иллюстрирующие отклонение от линейности мостового и базового ПНТ на основедифференциального каскада
Моделирование проведено всравнении с базовой схемой на основе дифференциального каскада при одинаковойкрутизне преобразования и близких статических токах выходных транзисторов той идругой схемы. Погрешность крутизны преобразования для базовой схемы достигает20 %, а для схемы мостового преобразователя – менее 0,01 % (нижний график рис.12).
4. Исследование ПНТ
«Соберите» упрощённуюсхему ПНТ, приведённую на рисунке 2а. Упрощение этой схемы обусловленоприменением идеальных источников тока, что существенно не повлияет на изучениепринципа её работы. Обратите внимание: в схему ПНТ в коллекторные цепинеобходимо включить одинаковые резисторы сопротивлением 1…10 Ом. Вторые выводыэтих резисторов подключаются к положительной шине питания. Резисторы будутвыполнять роль датчиков тока и на работу схемы, с точки зрения оценки её линейности,не повлияют.
Параметрический синтезсхемы можно провести, воспользовавшись следующими соображениями. Выбравнапряжение питания ±5 В, для удобства оценки крутизны преобразования резистор R1 можно выбрать 1 кОм. Тогда приусловии, что изменение входного напряжения будет составлять ±1 В, ток источниковопорного тока целесообразно выбрать 2 мА. В этом случае коэффициент использованиятока Х » 0,5.
В качестве моделейкомпонентов можно выбрать модели любых интегральных транзисторов, имеющихся вбиблиотеке моделирующей программы и способных работать при напряжении коллектор-базаболее 10 В.
Можно рекомендоватьследующий порядок изучения и моделирования схемы.
1. Подключитевспомогательные резисторы сопротивлением в несколько килоом между входами ПНТ иобщей шиной. Эти резисторы необходимы для создания пути протекания базовыхтоков транзисторов дифференциальной пары. Функциональный элемент Е1представляет собой источник напряжения, управляемый напряжением (ИНУН). (Егопараметр GANE оставьте по умолчанию равнымединице.) Он необходим для того, чтобы создать дифференциальное напряжениемежду входами ПНТ. В результате у Вас должна получиться схема, представленнаяна рисунке 13.
/>
Рис. 13. Схема ПНТ,предназначенная для моделирования
В режиме .DC задайте вариацию источника V1 в пределах ±1 В. После выполнениямоделирования через меню Trace\Add Trace наберите в командной строке
(1-d(I(R23)-I(R22))/ MAX(d(I(R23)- I(R22))))*100.
Смысл этого выражения вследующем: находятся разность выходных токов, протекающих через резисторы R22 и R23; производная от этой разности, которая нормируется поотношению к максимальному значению производной; отклонение нормированной производнойот максимального значения (1) и умножается на 100 %. Такой способ оценкилинейности полностью соответствует выражению (5а), полученному аналитическим путём.
Должен получиться график,подобный тому, что представлен на рисунке 14. Отметим, что максимальноеотклонение от линейности у вас может получиться иным (несколько больше или меньше)в зависимости от используемых моделей транзисторов, но характер графика будетподобен приведённому на рисунке 14.
/>
Рис. 14. График,иллюстрирующий отклонение от линейности ПНТ рисунка 2а
2. «Соберите» схему ПНТна основе операционных усилителей (рис. 4). Для сопоставительного моделированияс базовой схемой ПНТ на основе дифференциального каскада в этом же файле представьтесхему ПНТ рисунка 2а. У вас должна получиться схема, приведённая на рисунке 15.Поскольку операционные усилители допускают питание от ±15 В, входное напряжениедля такой схемы может достигать и ±10 В, если сопротивление резистора R1 и токи источников токов выбранысоответственно. Естественно, если сопротивление резистора R1 выбрать 10 кОм, линейность ПНТ с ОУбудет ещё выше.
/>
а) б)
Рис. 15. Схема длясопоставительного моделирования ПНТ с операционными усилителями в цепи обратнойсвязи а) и базового ПНТ б)
Но для объективногосравнения выберем токи источников токов и преобразующие сопротивления, как и впредыдущем случае, 2 мА и 1 кОм. Результаты сравнительного моделирования схемПНТ рисунка 15 приведены на рисунке 16.
/>
Рис. 16. Зависимостьнормированной крутизны схемы ПНТ рисунка 15а (кривая □) и базовой схемы(б) (кривая ◊)
На рисунке 16 результатымоделирования представлены в иной форме, потому что отклонение от линейности всхеме ПНТ рисунка 15а) будут столь малы (примерно 9,5·10-4 %), что даже в достаточномощных современных компьютерах возникает проблема вычисления производных. Этоприводит к появлению так называемого «цифрового шума», что делает графикмалоинформативным. В то же время применение курсора на графике показывает, чтоотклонение нормированного значения крутизны от максимального в схеме ПНТ с ОУсоставляет 9,5·10-6, что в процентном отношении соответствует 9,5·10-4 %. Приэтом в базовой схеме ПНТ отклонение от линейности равно 0,76 %. То есть схемаПНТ с ОУ даёт выигрыш перед базовой схемой примерно в 800 раз.
3. По аналогии спредыдущими случаями проведите сопоставительное моделирование схем ПНТ рисунков7 и 8, задавая токи и выбирая сопротивления резисторов из тех же соображений,что и ранее.
4. Проведитесопоставительное моделирование мостовой схемы ПНТ (рис. 11), установив значенияопорных токов в мостовой схеме 1…2 мА, в базовой схеме – 2 мА.
4.1. Вначале постройтеграфики крутизны преобразования при закороченных на шину отрицательногонапряжения питания баз транзисторов VT13 и VT11. В этом случае повторители тока натранзисторах VT13, VT122 и VT11, VT14 исключаются из схемы.
Постройте графики приизменении входного сигнала в диапазоне ±1 В, затем в диапазоне ±2 В.
Сравните численноезначение крутизны преобразования мостовой и базовой схем.
4.2. Сравните отклонениекрутизны преобразования от линейного для мостовой и базовой схем при изменениивходного сигнала в диапазоне ±1 В, затем в диапазоне ±2 В. Объясните получившиесярезультаты.
4.3. Включите в действиеповторители тока на транзисторах VT13, VT12 и VT11, VT14,убрав цепи, соединяющие выводы баз транзисторов VT13 и VT11 сшиной отрицательного источника питания. При этом резистор R16 (рис. 11) из схемы удалите.
Оцените изменениечисленного значения крутизны преобразования мостовой схемы ПНТ при наличииповторителей тока.
Измените отношениеплощадей эмиттеров транзисторов VT13, VT12 и VT11, VT14так, чтобы коэффициент передачи повторителей тока стал больше единицы(например, установив в атрибутах модели транзисторов VT11 и VT12коэффициент AREA =2). Определите, как изменитсячисленное значение крутизны преобразования мостовой схемы ПНТ в этом случае, иобъясните почему.
4.4. Установите резистор R16 ориентировочно с номиналом,указанным на схеме рисунка 11. Проведите моделирование и оцените отклонение отлинейности мостовой схемы ПНТ. Изменяя сопротивление R16 в пределах 0,1…0,5 %, установите такой вид кривойотклонения от линейности, чтобы значение погрешности на краях диапазонасоответствовало значению погрешности в нуле. Этот случай будет соответствоватьмаксимальному линейному приближению.
Библиографическийсписок
1. Активные RC-фильтры на операционных усилителях /пер. с англ.; под ред. Г.Н. Алексакова. – М.: Энергия, 2010. – 64 с.: ил.
2. Алексенко, А.Г.Применение прецизионных аналоговых микросхем / А.Г. Алексенко, Е.А. Коломбет,Г.И. Стародуб. – М.: Радио и связь, 2009. – 256 c.
3. Аналоговые ицифровые интегральные микросхемы: справ. пособие / Н.А. Барканов [и др.]; подред С.В. Якубовского. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Радио и связь, 2008. –432 с.: ил. – (Проектирование РЭА на интегральных микросхемах).
4. Анисимов, В.И.Операционные усилители с непосредственной связью каскадов / В.И. Анисимов, М.В.Капитонов, Ю.М. Соколов, Н.Н. Прокопенко. – Л.: Энергия, 2009. – 168 с.: ил.
5. Источникивторичного электропитания / под ред. Ю.И. Конева. – М.: Радио и связь, 2010. –280 с., ил. (Проектирование РЭА на интегральных микросхемах).
6. Modelof BD329. Philips Semiconductor. Product specification (электронный ресурс). – URL: www.philips.com/_Models.
7. Ногин, В.Н.Аналоговые электронные устройства: учеб. пособие для вузов / В.Н. Ногин. – М.: Радио и связь, 2010. – 304 с.: ил.
8. Полупрововодниковыеприборы: диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы: cправочник / под общ. ред. Н.Н. Горюнова. – 2-е изд., перераб.– М.: Энергоатомиздат, 2009. – 744 с.: ил.
9. Разевиг, В.Д.Применение программ P-CAD и Pspise для схемотехнического моделирования на ПЭВМ. В 4 вып.Вып. 2. Модели компонентов аналоговых устройств / В.Д. Разевиг. – М.: Радио исвязь, 2008. – 70 с.: ил.
10. Разевиг, В.Д. Система сквозногопроектирования электронных устройств DesingLab 8.0 / В.Д. Разевиг. – М.: СОЛОН-Р, 2009. – 704 с.: ил.(Серия «Системы проектирования»).
11. Синтез активных RC-цепей. Современное состояние и проблемы/ под ред. А.А. Ланнэ. – М.: Связь, 2010. – 296 с.: ил.
12. Соклофф, С. Аналоговые интегральныесхемы: пер. с англ. / С. Соклофф. – М.: Мир, 2008. – 583 с.: ил.
13. Старченко, Е.И. PSpice пользователю: пособие / Е.И. Старченко.– Шахты: Изд-во ЮРГУЭС, 2009. – 37 с.: ил.
14. Старченко, Е.И. Базовые матричныекристаллы. Схемотехника типовых аналоговых микроэлектронных устройств: пособиепо изучению теоретической части дисциплины «Аналоговые электронные устройства»/ Е.И. Старченко, В.Г. Манжула. – Шахты: ШТИБО, 2010. – 61 с.: ил.
15. Степаненко, И.П. Основы теориитранзисторов и транзисторных схем / И.П. Степаненко. – М.: Энергия, 2010. –615 с.: ил.
16. Титце, У. Полупроводниковаясхемотехника: пер. с нем. / У. Титце, К. Шенк. – М.: Мир, 2008. – 586 с.:ил.
17. Шило, В.Л. Линейные интегральныесхемы в радиоэлектронной аппаратуре / В.Л. Шило. – 2-е изд., перераб. и доп. –М.: Советское радио, 2009. – 386 с.: ил.
18. Шкритек, П. Справочное руководство позвуковой схемотехнике: пер. с нем. / П. Шкритек. – М.: Мир, 2010. – 446 с.:ил.
19. Старченко, Е.И. Принципыпроектирования низковольтных прецизионных аналоговых перемножителей напряжения/ Е.И. Старченко // Альтернативные естественно возобновляющиеся источникиэнергии и энергосберегающие технологии, экологическая безопасность регионов:Выездная сессия Секции энергетики Отделения энергетики, машиностроения и процессовуправления РАН: материалы сессии, Ессентуки, 12–15 апреля 2008. В 2 ч. Ч. 2 /под ред. Я.Б. Данилевича. – Шахты: Изд-во ЮРГУЭС, 2008. – С. 155–163.
20. Pat. 4,322,688 US. Cascode Fid-Forward amplifier/ G. Kennet Schltzhauer, 2010.