Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

В области электроники схема самонастройки - это схема, в которой часть выхода каскада усилителя подается на вход, чтобы изменить входное сопротивление усилителя. При намеренном применении намерение обычно заключается в увеличении, а не уменьшении импеданса. [1] Как правило, любой метод, при котором часть вывода системы используется при запуске, называется начальной загрузкой.

В схемах MOSFET самонастройка обычно используется для обозначения подъема рабочей точки транзистора над шиной питания. [2] [3] Тот же термин использовался несколько в более общем смысле для динамического изменения рабочей точки операционного усилителя (путем сдвига его положительной и отрицательной шины питания) с целью увеличения размаха выходного напряжения (относительно земли). . [4] В смысле , используемом в этом пункте, бутстрапирования оперативного средства усилителя « с помощью сигнала для приведения в действии опорной точки источника питания ОУ в». [5]Более сложное использование этого метода самозагрузки шины - изменение нелинейной C / V характеристики входов операционного усилителя с полевым транзистором с полевым транзистором, чтобы уменьшить его искажения. [6] [7]

Входное сопротивление [ править ]

Конденсаторы начальной загрузки C1 и C2 в цепи эмиттерного повторителя BJT

В аналоговых схемах схема начальной загрузки представляет собой набор компонентов, специально предназначенных для изменения входного импеданса схемы. Обычно он предназначен для увеличения импеданса с помощью небольшого количества положительной обратной связи , обычно в течение двух этапов. Это часто было необходимо на заре биполярных транзисторов , которые изначально имели довольно низкий входной импеданс. Поскольку обратная связь положительная, такие схемы могут страдать от плохой стабильности и шумовых характеристик по сравнению с схемами, которые не загружаются.

В качестве альтернативы отрицательная обратная связь может использоваться для начальной загрузки входного импеданса, вызывая уменьшение кажущегося импеданса. Однако это редко делается преднамеренно и обычно является нежелательным результатом конкретной конструкции схемы. Хорошо известным примером этого является эффект Миллера , при котором емкость неизбежной обратной связи кажется увеличенной (т. Е. Ее полное сопротивление кажется уменьшенным) из-за отрицательной обратной связи. Один популярный случай , когда это будет сделано преднамеренно является компенсация Миллерметод обеспечения низкочастотного полюса внутри интегральной схемы. Чтобы минимизировать размер необходимого конденсатора, его помещают между входом и выходом, который вращается в противоположном направлении. Эта самонастройка заставляет его действовать как большой конденсатор на землю.

Схема МОП-транзисторов [ править ]

N- MOSFET / IGBT требует значительного положительного заряда ( V GS > V th ), приложенного к затвору для включения. Использование только N-канальных устройств MOSFET / IGBT является распространенным методом снижения затрат, в основном за счет уменьшения размера кристалла (есть и другие преимущества). Однако использование устройств nMOS вместо устройств pMOS означает, что требуется напряжение выше, чем напряжение питания шины (V +), чтобы перевести транзистор в линейный режим (минимальное ограничение тока) и, таким образом, избежать значительных тепловых потерь.

Конденсатор начальной загрузки подключен от шины питания (V +) к выходному напряжению. Обычно вывод истока N- MOSFET подключается к катоду рециркуляционного диода, что позволяет эффективно управлять накопленной энергией в типично индуктивной нагрузке (см. Обратный диод ). Из-за характеристик накопления заряда конденсатора напряжение начальной загрузки поднимется выше (V +), обеспечивая необходимое напряжение управления затвором.

Схема начальной загрузки часто используется в каждом полумосте H-моста, полностью состоящего из N-MOSFET . Когда включен полевой транзистор нижнего уровня, ток от шины питания (V +) протекает через диод начальной загрузки и заряжает конденсатор начальной загрузки через этот полевой транзистор нижнего уровня. Когда нижний полевой N-транзистор выключается, нижняя сторона загрузочного конденсатора остается подключенной к источнику верхнего N-полевого транзистора, и конденсатор разряжает часть своей энергии, управляя затвором верхнего N-образного транзистора. На полевом транзисторе до напряжения, достаточно превышающего V +, чтобы полностью включить верхний N-полевой транзистор; в то время как диод начальной загрузки блокирует утечку этого напряжения выше-V + обратно на шину питания V +. [8]

МОП - транзистор / IGBT представляет собой устройство , управляемый напряжением , который, в теории, не будет иметь какой - либо ток затвора. Это позволяет использовать заряд внутри конденсатора для целей управления. Однако в конечном итоге конденсатор потеряет свой заряд из-за паразитного тока затвора и неидеального (т.е. конечного) внутреннего сопротивления, поэтому эта схема используется только при наличии устойчивого импульса. Это связано с тем, что импульсное действие позволяет конденсатору разрядиться (по крайней мере, частично, если не полностью). В большинстве схем управления, использующих конденсатор начальной загрузки, драйвер верхнего плеча (N-MOSFET) отключается на минимальное время, чтобы дать возможность конденсатору пополниться. Это означает, что рабочий цикл всегда должно быть меньше 100% для компенсации паразитного разряда, если только утечка не будет устранена другим способом.

Импульсные источники питания [ править ]

В импульсных источниках питания цепи регулирования питаются от выхода. Чтобы запустить источник питания, можно использовать сопротивление утечки, чтобы подзарядить шину питания для цепи управления, чтобы она начала колебаться. Такой подход менее затратен и более эффективен, чем предоставление отдельного линейного источника питания только для запуска цепи регулятора. [9]

Размах выхода [ править ]

Усилители переменного тока могут использовать самонастройку для увеличения размаха выходного сигнала. Конденсатор (обычно называемый конденсатором начальной загрузки ) подключается от выхода усилителя к цепи смещения , обеспечивая напряжение смещения, превышающее напряжение источника питания. Эмиттерные повторители могут таким образом обеспечивать выход Rail-to-Rail, что является распространенной техникой в ​​аудиоусилителях класса AB.

Цифровые интегральные схемы [ править ]

Внутри интегральной схемы используется метод начальной загрузки, позволяющий внутренним линиям распределения адреса и тактовой частоты иметь повышенный размах напряжения. В схеме начальной загрузки используется конденсатор связи, сформированный из емкости затвор / исток транзистора, для управления сигнальной линией до уровня, немного превышающего напряжение питания. [10]

В некоторых интегральных схемах, полностью построенных на базе pMOS, таких как Intel 4004 и Intel 8008, используется эта двухтранзисторная схема «начальной загрузки». [11] [12] [13]

См. Также [ править ]

  • Приложения теоремы Миллера (создание виртуального бесконечного импеданса)
  • Загрузка , начальная загрузка программы на компьютер

Ссылки [ править ]

  1. ^ IEEE Standard 100 Авторитетный словарь терминов стандартов IEEE (7-е изд.). IEEE Press. 2000. с. 123. ISBN 0-7381-2601-2.
  2. ^ Uyemura, Джон П. (1999). КМОП логическая схема . Springer. п. 319. ISBN 978-0-7923-8452-6.
  3. ^ Pelgrom, Марсель JM (2012). Аналого-цифровое преобразование (2-е изд.). Springer. С. 210–211. ISBN 978-1-4614-1371-4.
  4. ^ Король, Грейсон; Уоткинс, Тим (13 мая 1999 г.). «Загрузка вашего операционного усилителя приводит к большим колебаниям напряжения» (PDF) . EDN : 117–129.
  5. ^ Грэм, Джеральд (1994). «Измерение искажений операционного усилителя позволяет обойти ограничения испытательного оборудования». В Хикмане, Ян; Трэвис, Билл (ред.). Компаньон дизайнера EDN . Баттерворт-Хайнеманн. п. 205. ISBN 978-0-7506-1721-5.
  6. ^ Юнг, Уолт. «Подложка ИС с начальной загрузкой снижает искажения в операционных усилителях с полевым транзистором на полевых транзисторах» (PDF) . Замечания по применению Analog Devices AN-232.
  7. ^ Дуглас Селф (2014). Малый сигнальный аудио дизайн (2-е изд.). Focal Press. С. 136–142. ISBN 978-1-134-63513-9.
  8. Перейти ↑ Diallo, Mamadou (2018). «Выбор схемы начальной загрузки для полумостовых конфигураций» (PDF) . Инструменты Техаса.
  9. Перейти ↑ Mack, Raymond A. (2005). Демистификация импульсных источников питания . Newnes. п. 121. ISBN. 0-7506-7445-8.
  10. ^ Далли, Уильям Дж .; Поултон, Джон В. (1998). Цифровая системная инженерия . Издательство Кембриджского университета. С. 190–1. ISBN 0-521-59292-5.
  11. ^ Фаггин, Федерико . «Новая методология проектирования случайной логики» . Проверено 3 июня 2017 года .
  12. ^ Фаггин, Федерико. «Загрузочная загрузка» . Проверено 3 июня 2017 года .
  13. ^ Shirriff, Кен (октябрь 2020). «Как загрузочная загрузка сделала возможным исторический процессор Intel 8008» .