Проектирование аналоговых устройств

181

5+ Расчёт смещения нуля и предельного коэффициента гармоник

5.1+ Расчёт смещения нуля входного каскада

Для расчёта смещения нуля используется эквивалентная модель одного из плеч схемы (рисунок 5.1+). При этом максимальное смещение напряжения нуля на выходе придется удвоить.

Рисунок 5.1+ — Модель одного плеча каскада для расчета смещения нуля, приведенного ко входу

Из справочных данных известно:

Рассчитаем смещения нуля напряжения в диапазоне рабочих температур.

UΣсм0вых = UΣсм0вх K0 = ±0,1 10−3 10 = ±0.001В.

Так как вход симметричный, суммарное смещение нуля удваивается.

UΣсм0вых = 2 UΣсм0вых = 2 0.001 = 0.002В.

5.2+ Расчёт смещения нуля выходного каскада

Для расчёта смещения нуля используем модель схемы (рисунок 5.1+), т.к. в таком каскаде при одинаковых R+ и R− основную роль в смещении

напряжения нуля на выходе играет ток сдвига iсдв [1+, 3+, 5+].

Модель составлена неправильно: 1) генераторы тока iвх должны быть

подключены к каждому из входов ОУ;

2)должен быть не генератор iвх ,

агенератор iсдв.

Рисунок 5.2+ — Эквивалентная модель выходного каскада

Рассчитаем смещения нуля напряжения в диапазоне рабочих температур.

183

U Σсм0 вх = ± (U см0 вх + U см0 вх ) = ± 0.5 10 −3 + 0.5 10 −3 = ±0.1мВ.

амплитуда номинального напряжения сигнала на выходе, согласно техническому заданию, составляет 100 мВ, т.е. усилитель не вносит существенные нелинейные искажения в выходной сигнал. Из этого следует, что дополнительных мер для уменьшения напряжения смещения нуля на выходе не требуется.

Предельный коэффициент ослабления синфазной помехи при идеальной балансировке плеч усилителя определяется соотношением

КОСФПΣ = КОСФПОУ Kсовх .

Специальная балансировка выходного каскада не производится. С учетом разброса параметров элементов реальный коэффициент ослабления синфазной помехи составляет не менее 60 % от идеального:

КОСФП ≥ 0,6 (КОСФПОУ + Kсовх) =0,6·(80+·20)=60 дБ.

Это значение удовлетворяет требованиям ТЗ.

Утверждение голословное и неверное. Нужно учитывать разброс сопротивлений резисторов R5 , R6 в каждом из плеч входного делителя оконечного каскада (рис. 2.1+) [2+].

184

5.3+ Расчёт коэффициента гармоник

5.3.1+ Расчёт коэффициента гармоник входного каскада

Определим глубину обратной связи с помощью диаграммы Боде (рисунок 5.2).

Ky, dB

f, Гц

Рисунок 5.2+ — Диаграмма Боде для входного каскада

???

Функцию напряжения на выходе можно аппроксимировать полиномом вида [1]:

Так как амплитудная характеристика ОУ несимметрична, превалирующими будут чётные гармоники. Следовательно, коэффициент второй гармоники ориентировочно не будет превышать

где Um2* — максимально достижимая амплитуда выходного напряжения ОУ при коэффициенте гармоник 1—5 %, определяемая меньшим из значений низкочастотного Um2* (0) и высокочастотного Um2* ( f ' =10кГц) [2].

Так как на выходе микрофонного усилителя Um2 ( f ) = 4 В, то на вы-

При максимально-допустимом выходном напряжении ОУ коэффициент гармоник составляет не более 10 %. По диаграмме Боде на рисунке 5.2 определим глубину обратной связи:

A(2 f ) = 55 − 20 = 35дБ 56.23.

185

5.3.2+ Расчёт коэффициента гармоник выходного каскада

Определим величину обратной связи с помощью диаграммы Боде (рисунок 5.3).

Это можно было сделать и на рис. 5.2+. Зачем дубль рис. 5.2+?

Ky, dB

f, Гц

Рисунок 5.3+ — Диаграмма Боде для выходного каскада

Суммарный предельный коэффициент гармоник двух каскадов не превышает суммы

k ΣГСПРЕД = 0, 00 4% + 0, 2 % = 0, 2 % .

Такой коэффициент гармоник удовлетворяет ТЗ: он не превышает

0,5 %.

187

Эквивалентная спектральная плотность напряжения шума от всех источников, приведенная ко входу, определяется равенством:

Расчеты следует производить в соответствии с ОС ТУСУР 6.1-97*