Спосіб визначення власного коефіцієнта підсилення операційного підсилювача

Реферат: Спосіб визначення власного коефіцієнта підсилення операційного підсилювача, який полягає у тому, що в тест-схемі на операційному підсилювачі апріорно фіксують значення коефіцієнта KU підсилення, вимірюють реальний коефіцієнт підсилення, за якими визначають a -розбіжність між ними, причому додатково вводять зміну вхідного сигналу за частотою f , а власний коефіцієнт K ОП підсилення операційного підсилювача вираховують із застосуванням подвійного коефіцієнта редукції. UA 75665 U (54) СПОСІБ ВИЗНАЧЕННЯ ВЛАСНОГО КОЕФІЦІЄНТА ПІДСИЛЕННЯ ОПЕРАЦІЙНОГО ПІДСИЛЮВАЧА UA 75665 U UA 75665 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Спосіб визначення власного коефіцієнта підсилення операційного підсилювача належить до області електроніки, радіоелектроніки й стосується прецизійного застосування операційних підсилювачів (ОП) при розробці, виробництві та тестуванні електронних компонент. Власний коефіцієнт підсилення операційного підсилювача є основним показником для схем на активних елементах, але він, наразі, надається тільки у віртуальному виглядів паспортних даних на ОП. Спосіб безпосереднього визначення власних коефіцієнтів підсилення ОП, для розрахунку якого використовують операції порівняння вхідних та вихідних сигналів [Зеленин А.Н. Схемотехника радиоэлектронных устройств на аналоговых ИС. - Харьков: Телетех, 2003.-251 с., ил.], за якими вказаний коефіцієнт встановлюється відношенням вихідної напруги до вхідної. Такий спосіб визначення власного коефіцієнта підсилення операційного підсилювача через низький рівень вхідної напруги має теоретичну цінність. Найбільш близьким за технічною суттю рішенням є спосіб визначення власного коефіцієнта підсилення операційного підсилювача (варіанти), який полягає у тому, що в тест-схемі на операційному підсилювачі вимірюють реальний коефіцієнт підсилення KU, визначають абсолютну похибку перетворення, за якої у тест-схемі для різноманітних можливих включень операційного підсилювача встановлюють його власний коефіцієнт підсилення [Патент України № 92385, МПК(2009) H03F3/45; G01R1/00, публ. 25.10.2010, Бюл. № 20]. Недоліки відомого способу полягають у тому, що надзвичайно великий діапазон шуканого коефіцієнта визначається за допомогою тільки одного коефіцієнта редукції. Це створює труднощі для здійснення операцій з вимірювання параметрів та наступного розрахунку. Технічною задачею корисної моделі є підвищення точності та спрощення процесу визначення власного коефіцієнта підсилення операційного підсилювача експериментальним шляхом. Вказана задача вирішується тим, що згідно зі способом визначення власного коефіцієнта підсилення операційного підсилювача, який полягає у тому, що в тест-схемі на операційному підсилювачі апріорно фіксують значення коефіцієнта KU підсилення, вимірюють реальний коефіцієнт підсилення, за якими визначають a -розбіжність між ними, згідно з корисною моделлю, додатково вводять зміну вхідного сигналу за частотою f, а власний коефіцієнт K ОП підсилення операційного підсилювача вираховують із застосуванням подвійного коефіцієнта K редукції виразом: K ОП  f  K U  ( U  1) . При цьому, для розрахунку в тест-схемах, як з a інверсією, так і без інверсії сигналу, використовують величини, представлені модулями числових значень, а установкою f  K U  10 р визначають десятковий p-порядок власного коефіцієнта підсилення операційного підсилювача, при цьому числове значення мантиси визначається KU / a  1 . На кресленні наведене графічне пояснення процесу формування амплітудного і частотного коефіцієнтів редукції. На кресленні наведені величини у осях часу t та напруги U, які складають: вхідну напругу 1, її підсилене зображення 2; вхідну напругу 3 з миттєво зміненою частотою; перетворену напругу 4 з напруги 3 за наявності фіксованої швидкості 5 наростання напруги; додаткове наростання швидкості 6 напруги для вихідної напруги 7, яка отримана з урахуванням необхідної компенсації підсилення до заданого рівня. Розглянемо та проаналізуємо конкретні умови здійснення процесу підсилення. Для наочності припустимо, що виконується перетворення вхідної напруги 1 гармонійного виду: з коефіцієнтом підсилення до напруги 2 u1t   U1m sin2ft KU  4 u2 t   K UU1m sin2ft  4  U1m sin2ft , як це показано на кресл., де Um B - амплітудне значення напруги з частотою f (Гц). Збільшимо миттєво частоту f коливань, наприклад у два рази, для вхідної напруги 3, яка тепер буде представлена записом u3 t   U1m sin4ft . Виконання підсилення з раніше установленим коефіцієнтом вимагає для вихідноїнапруги 4, у перший проміжок часу, підтримання незмінною швидкості 5 наростання, яка одномоментно змінитись не може. Цю ділянку 5 співпадання швидкостей (V=const) на кресл. позначено потовщеною лінією. Тоді для вихідної напруги 4 - u4 t   KM  U1m sin 4ft  характерна наявність миттєвого  U коефіцієнта K M підсилення, який, згідно з прикладом, має значення K M  2 . У цьому випадку, U U 1 UA 75665 U KU  f  K U  const , а саме, збільшення частоти 2 коливання вхідної напруги зумовило зменшення миттєвого коефіцієнта підсилення. Для досягнення встановленого рівня вихідного сигналу додатково збільшується швидкість 6 наростання вихідної напруги відносно швидкості 5 миттєвої напруги 4 - u 4 t  . Необхідна компенсація втрати ефекту підсилення, що утворилась через зміну частоти сигналу, досягається за рахунок збільшення коефіцієнта підсилення з отриманням, таким чином, напруги 7 - u5 t   K UU1m sin4ft . Поява додаткового підсилення у процесі перетворення зумовлює квадратичне зростання абсолютної похибки перетворення [Федотов Д.О., Федотов П.Д., Крук О.Я. Точність перетворень в схемах на операційних підсилювачах/ Сб. Системи управління, навігації та зв'язку. - Вип. 1(21). - Том 1. ISSN 2073-7394: Київ, 2012. - С. 81-84], що є підставою для появи, крім амплітудної, ще й частотної залежності коефіцієнта підсилення в системі перетворення аналогових сигналів. Встановлено також, що частотна залежність коефіцієнта підсилення описується в аналітичному вигляді: KU , (1) a  K ОП 1 FD де FD - Function Description, функціональний опис процесу. Від початкової частоти f1  1 Гц як це видно з кресл., виконується умова: 2f  5 10 15 до робочої частоти f , Гц зміна відбувається з коефіцієнтом K f  f  f (безрозмірно), а опис f1 FD  K f  K U  f  K U , згідно з (1), складе (чисельно): 20 a  2 f  KU KU , звідки (2)  K f  K U  K ОП 1  ОП f  KU  K2   f   U  K U  . (3)  a  a   Отже, вираз (3) вказує на шлях визначення власного коефіцієнта підсилення із застосуванням подвійної редукції, як за рахунок квадратичної амплітудної залежності від встановленого коефіцієнта підсилення, так і з урахуванням частоти сигналу перетворення. Це знижує вимоги до абсолютних значень характеристик тест-схеми і сигналу та дозволяє в реально існуючих умовах підсилення довільними схемами застосовувати коефіцієнти підсилення, що легко реалізуються на доцільних частотах з наступним визначенням суттєво великих показників власного коефіцієнта підсилення. Вираз (3) можна спростити: K  K  K ОП  f  K U   U  1  FD   U  1 . (4)  a   a      Звідки, FD  f  KU може бути показником порядку редукції коефіцієнта підсилення, тоді 2 a  f  K U  a  K ОП  f  K U ; K ОП  25 30 35 40 45 2 f  K U  a  f  K U числове значення якого (мантиса) визначається виразом KU / a  1 при апріорно відомому коефіцієнті K U підсилення. Похибка розрахунку власного коефіцієнта підсилення операційного підсилювача у цьому випадку буде мінімальною, оскільки значення у декілька мільйонів визначається добутком двох обмежених, точних коефіцієнтів. При цьому редукція встановлює показник десяткового порядку, а мантиса вираховується простими засобами. Тест-схеми для реалізації способу здійснюють підсилення з інверсією чи без інверсії сигналу, а тому знаки коефіцієнтів і знаки абсолютної похибки перетворення a -відхилення (розбіжності) реального коефіцієнта підсилення від заданого у тест-схемі K U можуть бути різними. За цією причини та з метою уніфікації, у визначальній формулі (3) доцільно їх враховувати модульними значеннями. Таким чином, запропонований спосіб визначення власного коефіцієнта підсилення операційного підсилювача вирішує поставлену задачу ефективними засобами, виконує експериментальне визначення найважливішого показника елементної бази аналогової техніки, 2 UA 75665 U 5 який, наразі, наводиться на операційні підсилювачі у довідковій літературі теоретичними значеннями паспортних даних, до того ж приблизно. Розглянутий спосіб визначення власного коефіцієнта підсилення операційного підсилювача може бути використаний в області радіоелектроніки при схемотехнічній побудові пристроїв та в електроніці при виготовленні і контролі параметрів електронних компонент. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 1. Спосіб визначення власного коефіцієнта підсилення операційного підсилювача, який полягає у тому, що в тест-схемі на операційному підсилювачі апріорно фіксують значення коефіцієнта KU підсилення, вимірюють реальний коефіцієнт підсилення, за якими визначають a розбіжність між ними, який відрізняється тим, що додатково вводять зміну вхідного сигналу за частотою f , а власний коефіцієнт K ОП підсилення операційного підсилювача вираховують із 15 застосуванням подвійного коефіцієнта редукції виразом: K ОП  f  K U  ( 20 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що установкою f  K U  10 р визначають десятковий pпорядок власного коефіцієнта підсилення операційного підсилювача, при цьому числове значення мантиси визначають наступним чином: KU / a  1 . KU  1) . a 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що для тест-схеми, як з інверсією, так і без інверсії сигналу, використовують величини, представлені модулями числових значень. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3