Exponenta Banner
exponenta event banner

Операционный усилитель проводимости

Поведенческое представление операционного усилителя проводимости

развернуть все на странице
  • Библиотека:

  • Simscape/Электрические/Интегральные схемы

  • Operational Transconductance Amplifier block

Описание

Блок операционного усилителя проводимости обеспечивает поведенческое представление операционного усилителя проводимости. Усилитель проводимости преобразует входное напряжение в выходной ток. В число применений входят генераторы переменной частоты, усилители с переменным коэффициентом усиления и фильтры, управляемые током. Эти приложения используют тот факт, что усиление транспроводимости является функцией тока, протекающего в управляющий токовый вывод.

Для поддержки более быстрого моделирования поведенческое представление не моделирует детальную реализацию транзистора. Поэтому модель действительна только при работе в линейной области, то есть там, где входное сопротивление устройства, выходное сопротивление и усиление транспроводимости зависят линейно от управляющего тока и не зависят от амплитуды входного сигнала. Динамика аппроксимируется запаздыванием первого порядка на основе значения, заданного для параметра блока Bandwidth.

Управляющий ток

Контакт управляющего тока C поддерживается при напряжении, заданном для параметра Минимальное выходное напряжение (Minimum output voltage). На практике минимальное выходное напряжение равно отрицательному напряжению питания плюс падение напряжения транзистора-коллектора-эмиттера. Например, если минимальное выходное напряжение для напряжения питания + -15 В равно -14,5, то для достижения управляющего тока 500μA резистор, подключенный между шиной + 15 В и контактом управляющего тока, должен иметь значение (15 - (-14,5) )/500e-6 = 59kOhm.

Транспроводимость

Зависимость между входным напряжением, v, и током проводимости, igm, составляет:

v=v+−v−igm=gm⋅vgm=gm0⋅icic0

где:

  • v + - напряжение в блоке+ штифт.

  • v- напряжение, подаваемое на блок; - штифт.

  • gm - транспроводимость.

  • ic - управляющий ток, протекающий в контакт управляющего тока; C.

  • ic0 - опорный управляющий ток, то есть управляющий ток, при котором на листе данных указана проводимость.

  • gm0 - пропускная способность, измеренная на опорном управляющем токе ic0.

Следовательно, увеличение управляющего тока увеличивает пропускную способность.

Выходное сопротивление и определение выходного тока

Выходное сопротивление Rout определяется следующим образом:

igm+io=voRoutRout=Rout0⋅ic0ic

где:

  • igm - ток проводимости.

  • io - выходной ток, определяемый как положительный при протекании в выходной контакт усилителя с проводимостью.

  • ic - управляющий ток, протекающий в контакт управляющего тока; C.

  • ic0 - опорный управляющий ток, то есть управляющий ток, при котором выходное сопротивление указывается в таблице.

  • Rout0 - выходное сопротивление, измеренное на опорном управляющем токе ic0.

Следовательно, увеличение управляющего тока уменьшает выходное сопротивление.

Входное сопротивление

Зависимость между входным напряжением, v, на + и - и ток, протекающий, i, является:

vi=RinRin=Rin0⋅ic0ic

где:

  • ic - управляющий ток, протекающий в контакт управляющего тока; C.

  • Rin - входное сопротивление для значения тока регулирования тока, ic.

  • ic0 - опорный управляющий ток, то есть управляющий ток, при котором входное сопротивление указывается в таблице данных.

  • Rin0 - входное сопротивление, измеренное на опорном управляющем токе ic0.

Следовательно, увеличение управляющего тока уменьшает входное сопротивление.

Пределы

Из-за физической конструкции операционного усилителя проводимости, основанного на зеркалах тока, сигнал тока проводимости не может превышать управляющий ток. Следовательно, значение igm ограничено:

-ic ≤ igm ≤ ic(1)

Выходное напряжение также ограничено напряжением питания:

Vmin ≤ vo ≤ Vmax(2)

где Vmin - минимальное выходное напряжение, а Vmax - максимальное выходное напряжение. Ограничение выходного напряжения реализуется путем добавления к выходу низкого сопротивления при превышении предела напряжения. Значение этого сопротивления задается параметром Дополнительное выходное сопротивление при пределах размаха напряжения.

Ток транспроводимости также ограничен скоростью нарастания, причем величина ограничения скорости нарастания обычно задается в листах данных:

−μ≤digmdt≤μ

где λ - максимальная скорость нарастания тока.

Порты

Сохранение

развернуть все

Электрический консервационный порт, связанный с неинвертирующим входом ОУ.

Электрический консервационный порт, связанный с инвертирующим входом ОУ.

Электрический порт экономии, связанный с током управления ОУ.

Электрический порт экономии, связанный с выходом ОУ. Имя порта скрыто на значке блока, но его можно увидеть в журналах данных моделирования.

Параметры

развернуть все

Номинальные измерения

Пропускающая способность, gm, когда управляющий ток равен опорному управляющему току. Это отношение тока транспроводимости, igm, к разности напряжений, v, через + и - штифты.

Входное сопротивление Rin, когда управляющий ток равен опорному управляющему току. Входное сопротивление - это отношение разности напряжений, v, через + и - контактов к току, протекающему от + в - штифт.

Выходное сопротивление Rout, если управляющий ток равен опорному управляющему току. Уравнение, определяющее выходное сопротивление, см. выше.

Управляющий ток, при котором приводятся значения транспроводимости, входного сопротивления и выходного сопротивления.

Динамика

Выберите одну из следующих опций:

  • No lag - Не моделируйте динамику зависимости между выходным током и входным напряжением. Это значение по умолчанию.

  • Finite bandwidth with slew rate limiting - Моделирование динамики зависимости между выходным током и входным напряжением с использованием запаздывания первого порядка. Если выбрать этот параметр, на вкладке Dynamics появятся параметры Полоса пропускания, Максимальная скорость нарастания тока и Начальный ток.

Полоса пропускания запаздывания первого порядка, используемая для моделирования динамики зависимости между выходным током и входным напряжением.

Зависимости

Этот параметр отображается, только если для параметра Dynamics задано значение Finite bandwidth with slew rate limiting.

Максимальная скорость изменения тока проводимости при отсутствии обратной связи вокруг устройства. Следует отметить, что в листах данных в качестве максимальной скорости изменения напряжения иногда указывается скорость нарастания. В этом случае значение зависит от конкретной тестовой схемы. Чтобы получить точное значение параметра Максимальная скорость нарастания тока, воспроизведите тестовую схему в модели Simscape™ Electrical™ и настройте значение параметра в соответствии со значением таблицы данных. Если тестовая схема имеет разомкнутый контур и указано сопротивление нагрузки, можно получить приблизительное значение для максимальной скорости нарастания тока путем деления скорости нарастания напряжения на сопротивление нагрузки.

Зависимости

Этот параметр отображается, только если для параметра Dynamics задано значение Finite bandwidth with slew rate limiting.

Начальный ток проводимости (примечание, а не начальный выходной ток). Это ток транспроводимости, падающий как на внутреннее выходное сопротивление, Rout, так и на выходной вывод.

Зависимости

Этот параметр отображается, только если для параметра Dynamics задано значение Finite bandwidth with slew rate limiting.

Пределы

Выходное напряжение ограничено превышением значения этого параметра.

Выходное напряжение ограничено меньшим, чем значение этого параметра.

Чтобы ограничить качание выходного напряжения, дополнительное выходное сопротивление прикладывается между выходом и шиной питания, когда выходное напряжение превышает предел. Значение этого сопротивления должно быть низким по сравнению с выходным сопротивлением и сопротивлением нагрузки цепи.

Ток управления, измеренный на контакте тока управления C ограничено значением, превышающим значение этого параметра. Это предотвращает потенциальное деление на ноль при вычислении значений входного и выходного сопротивления на основе значения управляющего тока.

Примеры модели

Low-Pass Filter Using Operational Transconductance Amplifiers

Фильтр нижних частот с использованием операционных усилителей проводимости

Моделирование активного фильтра нижних частот второго порядка. Фильтр характеризуется передаточной функцией H (s) = 1/( (s/w1) ^ 2 + (1/Q) * (s/w1) + 1), где w1 = 2 * pi * f1, f1 - частота отсечки, а Q - коэффициент качества. Дважды щелкните блок «Задать параметры проектирования», чтобы задать параметры f1 и Q. Маска блока вызывает функцию, которая задает значения параметров в рабочем пространстве модели.

Расширенные возможности

Создание кода C/C + +
Создайте код C и C++ с помощью Simulink ® Coder™

.

См. также

| |

Представлен в R2011b

Документация Simscape Electrical

Поддержка