Расчет входного каскада макромодели операционного усилителя по измеренным значениям его параметров Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Трундов А.В. РАСЧЕТ ВХОДНОГО КАСКАДА МАКРОМОДЕЛИ ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ ПО ИЗМЕРЕННЫМ ЗНАЧЕНИЯМ ЕГО ПАРАМЕТРОВ

Макромодель Бойла [1] операционного усилителя (ОУ) остается популярной для различных SPICE приложений уже долгое время. Ее развитие можно проследить с 1974 года до наших дней. В пакетах схемотехнического

моделирования, таких как Pspice, OrCAD, Design Center, Multisim макромодель Бойла нашла наиболее широкое распространение. С ее помощью с незначительной погрешностью [2] можно оценить поведение операционного усилителя при различных режимах работы.

Иностранные производители интегральных микросхем стараются предоставить потребителю наиболее полную техническую информацию о выпускаемой продукции, включая и макромодели конкретных образцов интегральных схем (ИС). Данные макромодели позволяют гибко отображать все изменения параметров ИС.

Сложнее обстоит дело с отечественными операционными усилителями. Макромодели для них являются большой редкостью. Многие из макромоделей ОУ, расположенные в сети Интернет, построены по значениям параметров, взятых из справочников, информация в которых часто оказывается неполной и противоречивой. Параметры ОУ, приведенные в справочной литературе, являются предельно допустимыми и их разброс может достигать нескольких десятков процентов для конретного выбранного образца ИС. Построенные таким образом макромодели не имеет смысла использовать в пакетах схемотехнического моделирования, так как теряется точность при исследовании работы операционных схем.

Представляется актуальной задача измерения параметров конкретных образцов ОУ [3] и составление их макромоделей на основе полученной информации. Для решения поставленной задачи в автоматизированном режиме необходимы алгоритмы пересчета исходных параметров операционных усилителей в параметры

макромодели.

Стандартная макромодель Бойла представлена на рисунке 1. Для моделирования работы входного каскада ОУ достаточно знать следующие параметры ОУ [4] : положительное и отрицательное

напряжения питания, максимальные скорости нарастания выходного напряжения с положительной и отрицательной крутизной, запас по фазе на частоте единичного усиления ОУ, емкость коррекции ОУ, коэффициент ослабления синфазной составляющей, входной ток смещения ОУ, частоту единичного усиления ОУ. Расчет параметров макромодели, определяющих поведение входного каскада ОУ, производиться в следующем порядке:

1. Параметры входных транзисторов (

Is,beta,VTO ) выбираются из макромоделей

иностранных аналогов отечественных ИС.

2. Рассчитывается крутизна входного каскада:

Ga = 2*ж*fO*C2 , (1)

где C2 = Cc - емкость коррекции, f 0 - частота

единичного усиления ОУ

3. По полученному значению Ga

рассчитываются значения резисторов Rc1, Rc2 .

Rc1 = Rc2 = 1/ Ga (2)

4. Емкость конденсатора C1, определяющая фазочастотную характеристику ОУ, рассчитывается по следующей формуле:

Egnd = -

C l Cl = — * tgPhi l

(3)

где Phi - запас по фазе на частоте единичного усиления ОУ

5. Значение источника напряжения

управляемого напряжением Egnd определяется следующим образом:

l

где V и V - значения положительного и отрицательного напряжений источников питания

б. Значение емкости конденсатора Css , определяющего скорость нарастания выходного напряжения ОУ, определяется так:

,SR+

Css = Cl * (----------1)

SR~

(5)

Здесь SR+ и SR - значения скорости нарастания ОУ с положительной и отрицательной крутизной соответственно.

7. Значение суммирующего тока входного каскада ^ приближенно можно определить как:

/зз = 2 *1с (6)

токи стоков входных транзисторов приближенно считаются равными и они определяются максимальной скоростью нарастания. Дело в том, что на выходе реального операционного усилителя скорости нарастания выходного напряжения с положительной и отрицательной крутизной часто не равны, и здесь для расчета необходимо выбрать максимальный из этих двух параметров. Ток стока рассчитывается по формуле:

/с1 = 1с 2 = — * SRmаx (7)

2

8. По известному значению ^ определяется последний параметр входного каскада макромодели ОУ - Rss - выходное сопротивление источника тока входного каскада:

Rss =

lOO Iss

(8)

где 200В - напряжение Эрли.

В соответствии с данным алгоритмом были рассчитаны параметры входного каскада

макромодели ОУ по измеренным значениям параметров операционного усилителя КР544УД2А. Сравнение полученных результатов с результатами расчета в приложении Model Editor системы OrCAD 10.0 показало на их полную сходимость, что подтверждает правильность алгоритма расчета.

Рисунок 1 - Макромодель Бойла для операционного усилителя

V

ЛИТЕРАТУРА

1. Boyle G., Gohn B., Pederson D., Solomon J. Macromodeling of integrated circuit operational amplifiers // IEEE journal of solid state circuits - 1974. VSC - 9N6 p. 353-364

2. А.Г. Алексенко и др. Макромоделирование аналоговых интегральных микросхем.- М.: Радио и

связь, 1983. - 248с, ил.

3. А.В Трундов Лабораторный стенд для измерения параметров операционных усилителей. Материалы

девятой Всероссийской научно-технической конференции. - Н. Новгород: Межрегиональное

ВерхнеВолжское отделение Академии технологических наук Российской Федерации (МВВО АТН РФ),

2004г., 41 с.

4. В.Д. Разевиг Система проектирования OrCAD 9.2.- М.: СОЛОН-Р, 2003. - 528 с.: ил. - (Серия

"Системы проектирования")