Мир Знаний

Базисные структуры электронных схем (стр. 5 из 7)

. (34)

Изучение особенностейАЧХ и ФЧХ (рис. 21) в двух характерных режимах показывает, что:

– для разомкнутого ключа:

; (35)

– для замкнутого ключа:

. (36)

Рис. 21. Нормированная амплитудно-частотная (а) и фазочастотная (б) характеристика эквивалентной крутизны i-й ветви ЦУП


В общем случае для расширения диапазона рабочих частот необходимо увеличивать

,
и(или) уменьшать
,
. В рамках конкретной ветви увеличение отношений являющихся некоторой интегральной оценкой качества ЦУП, возможно только за счет выбора Ri.

(37)

Существенное снижение погрешностей крутизны преобразования обеспечивается «переносом» отключаемой проводимости в эквипотенциальные узлы, которыми в схемах с решающими усилителями являются инвертирующий вход ОУ и общая шина устройства.

Один из возможных способов переключения i-й(j-й) ветви ЦУП показан на рис. 22. В разомкнутом состоянии (ai=0) сопротивление канала полевого транзистора велико (R0кл1>>Ri), и передача тока в ветвь yi(рис. 22а) ослабляется делителем, образованным сопротивлением канала открытого транзистора V2 и Ri(R1кл2 << Ri). Аналогичные процессы имеют место при коммутации тока (рис. 22б). В замкнутом состоянии (

i=1) «потери» управляющего тока незначительны, т.к. R1кл1 << Ri<< R0кл2.

Рис. 22. Принципы и реализация переноса проводимости при коммутации напряжения (а) и тока (б)


Детальный анализ частотных искажений в i-й ветви ЦУП осуществляется через передаточную функцию

. (38)

Все составляющие с индексом 1 соответствуютV1 , а с индексом 2 – V2. Структура постоянных времени

i и Тi указана в табл. 2. Выражения для T2 при различных сочетаниях Rп2 и Rз2 приведены в табл. 3.

Таблица 3

Варианты формирования постоянной времени ЦУП

Схема Вариант Т2
Рис. 22а
Примечание. Получение соотношений для схемы рис. 22б осуществляется взаимной заменой индексов, обозначающих электроды сток и исток.

Линейные искажения крутизны определяются через амплитудно-частотную

(39)

и фазочастотную характеристики


. (40)

Анализ приведенных соотношений показывает, что значения (рис. 23):

– для разомкнутого состояния (

i=0):

(41)

– для замкнутого состояния (ai=1), как и асимптоты

(рис. 23):

(42)

оказываются более благоприятными по сравнению с вариантом реализации i-й ветви с одним коммутатором.

(a) (б)

Рис. 23. Нормированная амплитудно-частотная (a) и фазочастотная (б) характеристики эквивалентной крутизны i-й ветви ЦУП


Более детальное рассмотрение показывает, что выбором

(43)

можно по сравнению с ранее рассмотренным случаем значительно повысить

и тем самым уменьшить погрешность для Ski при a=0.

Некоторое уменьшение аналогичного показателя при a=1

, (44)

как правило, незначительно и изменяет Ski в области частот, превышающих рабочие.

Полученные результаты показывают, что для снижения влияния электронных ключей на характеристики управителей в ЦУП необходимо использовать для каждой ветви индивидуальные аен (аеI) при оптимальном сопротивлении их ветвей. Такая структура многополюсника наиболее удачно реализуется в лестничных резистивных матрицах. Однако построение ЦУП с переносом отключаемой проводимости повышает влияние операционного усилителя на характеристики проектируемого устройства. Действительно, подключение проводимости между инвертирующим входом и общей шиной снижает эквивалентное входное сопротивление ОУ.

В этом отношении схема с коммутацией тока (рис. 22б) имеет определенные преимущества, т.к. входная проводимость изменяется только на величину выходной проводимости закрытого ключа, тогда как в схеме с коммутацией напряжения (рис. 22a) yi соединяется с общей шиной через замкнутый ключ V2. Целесообразно отметить высокое быстродействие реализации, приведенной на рис. 22б, где ключ коммутирует Yi между двумя практически эквипотенциальными узлами. Последнее существенно снижает длительность переходных процессов в резистивной части управителей. Настоящие выводы, однако, не указывают на полное преимущество схемы с коммутацией тока. Более детальное рассмотрение характера подключаемой проводимости указывает на ее емкостный характер, что может снизить в схеме запас устойчивости или даже привести к самовозбуждению. При коммутации напряжения вносимая часть входной проводимости определяется практически только Yi (сопротивлением замкнутого ключаV2 можно пренебречь). Отмеченное ранее повышение влияния ОУ можно предотвратить введением дополнительного ключа, как это показано на рис. 24.

Рис. 24. Повышение ресурса цепи в ЦУП с коммутацией напряжения

Действительно, теперь в анализируемом режиме Yi подключается ко входу через разомкнутый ключ.

6. Цифроуправляемые проводимости лестничного типа

Ранее были рассмотрены управляющие четырехполюсники с масштабированием напряжения и тока, которые в k раз (см. табл. 1) снижали отношение разрядных сопротивлений. Настоящая величина может быть предельно снижена обеспечением индивидуального значения k для каждого разряда, тогда путем эквивалентных преобразованийрезистивных делителей можно при сохранении двоичного закона перестройки получить лестничные резистивные схемы типа R-2R (рис. 25, 26). Идентичность физических процессов в рассматриваемых цепях и их аналогах показывает, что управляющий четырехполюсник с суммированием токов (рис. 26) имеет по отношению к варианту, приведенному на рис. 25, такие же преимущества, как и схема с масштабированием напряжения по отношению к схеме с масштабированием тока (табл. 1). Действительно, в управляющем четырехполюснике с масштабированием тока