Архитектура и схемотехника операционных усилителей с предельными значениями динамических параметров

• Автор: Будяков, Алексей Сергеевич
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 192 с. : ил.

Введение.
1. Основные динамические параметры и характеристики быстродействующих операционных усилителей с прецизионными

динамическими характеристиками

1.1. Линейные эффекты.

1.2. Нелинейные эффекты.

1.3. Динамика ОУ с квазилинейными входными каскадами

1.4. Переходные процессы в ОУ при длительном выключении промежуточного каскада

1.5. Погрешности усиления в ОУ с нелинейными каскадами

1.6. Выводы.

2. Структурные методы обеспечения динамических параметров операционных усилителей.

2.1. Структурные методы устранения динамической асимметрии быстродействующих операционных усилителей.
2.1.1. Рейтинговая оценка динамических параметров входных каскадов.
2.1.2. Архитектура сверхбыстродействующих ОУ
2.2. Быстродействующие ОУ на основе перегнутых каскодов.
2.3. Операционные усилители с аддитивной нелинейной коррекцией
2.4. Сравнительный анализ предельных динамических параметров
2.4.1. Существенные нелинейности входных каскадов.
2.4.2. Обобщенные функциональные схемы
сравниваемых операционных усилителей.
2.4.3. Параметры ОУ при одинаковых усилениях без обратной связи.
2.4.4. Параметры ОУ при одинаковых петлевых усилениях.
2.4.5. Максимальная скорость нарастания выходного напряжения в нелинейных реэюимах
2.4.6. Быстродействие в линейных режимах
2А.1. Частотные характеристики в режиме пеинвертирующих
усилителей.
2.4.8. Частотные характеристики в режиме
инвертирующих усилителей.
2.4.9. Влияние малых постоянных времени.
2.5. Операционные усилители с обобщенной токовой обратной связью
2.5.1. Основные свойства и характеристики.
2.6. Быстродействующий ОУ с обобщенной
потенциальной обратной связью
2.7. Проблемы терминологии и условных обозначений.
2.7.1. Расширенная классификация ОУ.
2.7.2. Выбор параметров линейной и нелинейной обратных связей.
2.7.3. Архитектура ОУ с двумя параллельными
четырехполюсниками обратной связи.
2.8. Выводы.
3. Основы схемотехники базовых функциональных узлов
операционных усилителей.
3.1. Нелинейная коррекция в комплементарных
дифференциальных усилителях
3.2. Квазилинейные дифференциальные усилители
без динамической асимметрии
3.3. Повторители тока с нелинейным параллельным каналом
3.4. Выходные каскады на основе бриллиантового транзистора.
3.5. Энергетические ограничения для входных каскадов
ОУ с предельным быстродействием.
3.6. Выводы
4. Схемотехника операционных усилителей с предельным малосигнальным быстродействием.
4.1. Влияние временной задержки на запас по фазе
операционного усилителя.
4.2. Анализ расположения полюсов перспективных подсхем ОУ
с минимальной электрической длиной
4.3. Сравнение частотных характеристик ОУ
с минимальной электрической длинной.
4.4. Низковольтный рпрпрп ОУ
с минимальной электрической длиной
4.5. Применение рпрпрп ОУ с минимальной электрической длиной
4.6. Применение цепей компенсации паразитных емкостей.
4.7. Выводы.
5. Экспериментальные исследования быстродействующих операционных усилителей и устройств автоматики на их основе
5.1. Быстродействующий ОУ на основе перегнутого каскода.
5.2. Быстродействующий операционный усилитель
с нелинейной токовой обратной связью
5.3. Инструментальные сверхширокополосные усилители.
5.4. Выводы.
Заключение.
Библиографический список.
Приложение.
ВВЕДЕНИЕ


В данном разделе рассматриваются особенности работы быстродействующих ОУ имеющих изломы на частотной характеристике петлевого усиления, а также особенности работы ОУ с квазилинейными входными каскадами. Рассмотрены современные методы повышения быстродействия ОУ и способы обеспечения предельных значений динамических параметров. Исследуются переходные процессы в ОУ при длительном выключении, промежуточного каскада. Современные ОУ с активными нагрузками имеют, как правило, два и более каналов передачи сигнала со входа до корректирующей емкости Ск с разными постоянными времени. В таких ОУ одна из основных причин, вызывающих замедленное установление выходного напряжения, может быть связана с наличием близко расположенных пар нульполюс в передаточной функции ОУ , изломами асимптотических амплитудночастотных характеристик ЛАЧХ петлевого усиления рис. Рис. Для получения минимального времени переходного процесса рис. ОУ должна соответствовать апериодическому звену первого порядка I с постоянной тв со1 Тусоср Тутср . При наличии изломов ЛАЧХ III перерегулирование Ди и густ будут при ТузЮОс0 и а со3со2 определяться следующими приближенными соотношениями
Из рассмотрения 1. Иф напряжение на входе входного каскада, при котором происходит ограничение его выходного тока , . Учитывая, что для типовых дифференциальных каскадов игр 4 мВ, а обычно 1с и, из 1. Эных и малое время установления переходного процесса Х. Нелинейные эффекты
0 обратной связью при отсутствии Туст, вых, ис и наличии Чусг,
9. Ифиф
1. Формулы 1. ОУ. Они связывают параметры, которые снимаются в совершенно различных режимах. Так, находится на малом сигнале и измеряется на переменном токе десяткамисотнями мегагерц. С другой стороны, характеризует нелинейные свойства входного каскада в статическом режиме, а 8 вых это динамический параметр ОУ, который определяется при импульсном входном воздействии большой амплитуды. Из уравнений 1. ОУ можно осуществить только двумя принципиально разными путями улучшением его частотных характеристик на малом сигнале увеличением ср и расширением диапазона активной работы его входного каскада увеличением и. Данные рекомендации работают до тех пор, пока собственная инерционность входного каскада пренебрежимо мала в сравнении с инерционностью, которая обусловлена корректирующим конденсатором Ск. Все известные методы повышения быстродействия ОУ можно разделить на две большие группы улучшающие частотные свойства ОУ ЛР и исключающие нелинейные режимы работы НР его каскадов рис. Рис. В ряде случаев одни и те же схемотехнические решения например, параллельные каналы обеспечивают одновременно улучшение частотных свойств и исключают нелинейные режимы. Квазилинейные входные каскады синтезируются путем добавления по определенным правилам активных и пассивных элементов так называемых нелинейных корректирующий цепей НКЦ к схемам классических дифференциальных усилителей ДУ и включаются в работу при входных напряжениях, превышающих напряжение ограничения проходной характеристики ДУ игр. При этом параллельнобалансная структура ДУ не разрушается рис. Это позволяет исключить влияние НКЦ на статические и энергетические параметры ОУ, ослабление синфазных сигналов, однако порождает проблему минимизации зоны нечувствительности на проходной характеристике, которая отрицательно влияет на при входных напряжениях, соизмеримых с напряжением включения подсхемы НКЦ II,, 1, , . Рис. Способ компенсации статической нелинейности основного канала ОУ По существу все известные нелинейные корректирующие цепи ОУ, число
которых имеет порядок , , приводятся к некоторому обобщенному параллельному каналу ПарК рис. Ск с ок пк. Рис. Переходный процесс в ОУ рис. Таким образом, входные каскады с параллельными каналами являются нелинейными звеньями достаточно сложной динамической системы операционный усилитель. При этом необходимо хорошо представлять ограничения на допустимые нелинейности входного каскада ВхК и их влияние на качественные показатели ОУ. Если параллельный канал отсутствует, то типовые входные каскады ОУ имеют проходную характеристику с очень малым напряжением ограничения гр мВ рис.