рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Проектирование радиационно-стойких ИОУ

Работа сделанна в 2006 году

Проектирование радиационно-стойких ИОУ - раздел Связь, - 2006 год - Воздействие радиационного излучения на операционные усилители Проектирование Радиационно-Стойких Иоу. На Этапе Проектирования Проблему Повы...

Проектирование радиационно-стойких ИОУ. На этапе проектирования проблему повыше¬ния радиационной стойкости аппаратуры наибо¬лее эффективно можно решить соответствую¬щим выбором способа коррекции переходных и частотных характеристик усилителя. Наи¬лучшие результаты получаются при включении быстродействующего канала (см.рис.3) параллельно наибо¬лее инерционному каскаду интегрального операци¬онного усилителя, а наихудшие результаты при коррекции интегрирующим конденсатором Скор, подключаемым между выходом и входом каскада промежуточного усилителя в микросхеме.

Рис.3. Аналоговое устройство на АИМС с параллельным бы¬стродействующим каналом: а - структурная схема; б - схема замещения Включение быстродействующего канала при определенных условиях существенно повышает быстродействие интегрального операционного усилителя и, соответственно, частоту единичного усиления f1ис. Это позволяет, используя низкочастотную микросхему с повышенной радиационной стойкостью, спроектировать быстродействую¬щий усилитель, способный работать нормально при заметно большем уровне ионизирующего из¬лучения.

Этот способ коррекции одновременно позволяет на порядок и более сократить продол¬жительность ВПР усилителя.

Реализация этого способа коррекции возможно только у интегрального операционно¬го усилителя с дополнительными выводами для подключения корректирующего конденсатора (как, например микросхема LM101A и ее аналог 153УД2). При этом быстродействующий канал, подключаемый к указанным выводам, строят на дискретных элементах.

Указанными особеннос¬тями реализации объясняется ограниченное при¬менение этого способа коррекции. Включение корректирующего конденсатора Скор, во-первых, приводит к уменьшению импульс¬ной добротности интегрального операционного усилителя в (1 + Скор/Сис)1/2 раз и, соответственно ча¬стоты единичного усиления f 1кор. При этом прихо¬дится использовать более высокочастотные мик¬росхемы, которые, как правило, обладают мень¬шей радиационной стойкостью.

Во-вторых, оно сопровождается заметным увеличением коэффи¬циента передаточной функции интегрального операционного усилителя b1кор = СкорRкор.эк + b1ис величиной которого лимитируется (для предот¬вращения перегрузки по входу) наибольшая амп¬литуда выходного напряжения усилителя. Кроме этого происходит увеличение ВПР в b1кор / b1ис раз (причем часто 1кор / b1ис > 10) Возрастает амп¬литуда отклонения выходного напряжения при ИИИ. Необхо¬димо учитывать еще один недостаток коррекции интегрирующим конденсатором, заключающим¬ся в следующем.

Если из-за радиационного воз¬действия сопротивление Rкор.эк уменьшается на¬столько, что оно становится меньше Rкор.эк < (b2исF)1/2/Cис, то выбранная микросхема оказывается непригод¬ной для обеспечения заданного усиления Кu с тре¬буемым быстродействием. При этом требу¬ется выбирать более высокочастотный интег¬ральный операционный усилитель (независимо от того коррекция внутренняя или внешняя). Наиболее простым и, одновременно, достаточно эффективным способом коррекции является вклю¬чение в канал обратной связи резистивно-емкостной цепи (см. рис.4). Этот способ коррекции ли¬шен тех недостатков, свойственных коррекции по¬средством Скор, и по своей эффективности уступает только коррекции включением быстродействую¬щего канала.

Коррекция резистивно-емкостной це¬пью особенно эффективно в усилителях на трансимпедансных ИОУ. В настоящее время большинство ИОУ выпускаются с внут¬ренней коррекцией, в которых Скор обеспечивает нормальную работу микросхемы с обратной свя¬зью при коэффициенте усиления Ки, не меньше указанном в справочнике значения (Ки = 1;2;5;10). При радиационном воздействии эффективность влияния Скор ослабляется из-за уменьшения Rкор.эк, что необходимо учитывать при проектировании усилителей, ориентируясь на большее значение Ки и, соответственно, меньшую глубину обратной связи, с тем, чтобы исключить возможность само¬возбуждения ИОУ. Отметим, что и в ИОУ с внутренней коррекцией целесооб¬разно включение в канал обратной связи резис¬тивно-емкостной цепи, которая позволяет до неко¬торой степени исправить недостатки, обусловлен¬ные внутренней коррекцией.

Такой подход просто необходим при использовании трансимпедансных усилителей с внутренней коррекцией.

Следующий вопрос, требующий решения на этапе схемотехнического синтеза, это - выбор ви¬да обратной связи.

Выбор ОС по на¬пряжению или по току решается в зависимости от назначения усилителя. В выходных усилителях, предназначенных для формирования импульсных сигналов с крутыми перепадами в высокоомной нагрузке с емкостной реакцией, лучшие результаты получаются при обратной связи по напряжения. В усилителях с токо¬вым выходом, формирующих мощные им¬пульсы тока с крутыми перепадами в низкоомной нагрузке с индуктивной реакцией, включают об¬ратную связь по току. Выбор последовательной ОС или параллельной однозначно решается в пользу пер¬вой из них по следующим причинам.

Во-первых, при заданной глубине обратной связи F схема с последовательной обратной связью обеспечивает усиление на единицу больше, чем при параллель¬ной обратной связи. В этом нетрудно убедиться, рассматривая приближенные формулы, опреде¬ляющие коэффициенты усиления: Kunoc&#61627; 1+R1/R2 и Kunoc&#61627; 1+R1/Rд (*) где Rl и R2 - сопротивления резисторов в каналах обратной связи; Rд - выходное сопротивление датчика, напряжение которого усиливается.

Из анализа соотношений (*) следует второй недостаток параллельной обратной связи, связан¬ный с отклонением коэффициента усиления от номинальной величины, которое происходит из-за изменения сопротивления датчика Rд. &#61508;Ku/Ku = &#61508;R1/ R1 – &#61508;R2/ R2 Это особенно опасно в аппаратуре, предназначен¬ной для работы в длительное время в условиях ра¬диационного воздействия, когда требуется уста¬новить деградацию параметров элементов схемы в зависимости от времени регистрации выходного напряжения усилителя.

Что касается влияния из¬менений сопротивлений резисторов R1 и R2, то при соответствующем выборе резисторов (напри¬мер, пленочные резисторы) можно существенно уменьшить их рассогласующее действие при ра¬диационном воздействии. В-третьих, так же как деградация сопротивлений &#61508;Rд, &#61508;R1 &#61508;R2 влияет на точность усиления в области средних частот, из¬менение емкостей &#61508;СД, &#61508;С1 &#61508;С2, под воздействи¬ем радиации приводит к отклонению выброса на вершине импульса или неравномерности АЧХ от номинальной величины, причем если в схеме с по¬следовательной обратной связью отклонения &#61508;С1 и &#61508;С2 можно существенно уменьшить, то деграда¬ция &#61508;СД определяется видом датчика.

В-четвертых, в схеме с параллельной ОС имеется всего две степени свободы (С1 и R1), тогда как при последовательной обратной связи их четыре: R1 С1 R2, С2. Это существенное преимущество вообще, а в схемах, работающих при спецвоздействиях - в особенности, так как эти степени свободы позволяют проводить пара¬метрическую оптимизацию схемы, обеспечивая тем самым значительное улучшение характерис¬тик усилителя в области малых времен или выс¬ших частот.

Преимущества последовательной обратной связи особенно ярко проявляются в предусилителях с противошумовой коррекцией и зарядо-чувствительных усилителях на малошумящих ин¬тегральных операционных усилителях.

Насколько эффективны рекомендуемые спосо¬бы улучшения сигнальных характеристик усили¬телей, предназначенных для длительной эксплуа¬тации в условиях стационарного радиационного воздействия, можно иллюстрировать на примере импульсного усилителя с коэффициентном усиле¬ния Ки = 10 на микросхеме 153УД2. Чтобы исклю¬чить самовозбуждение схемы потребовалось уве¬личить емкость корректирующего конденсатора (Скор = 70 пФ) и ограничить значение коэффици¬ента d&#61541;&#61619;&#61654;2 (F - глубина OC). При этом время нарастания фронта переходной характеристики tн = 0.7 мкс при выбросе на вершине импульса &#61541;1 = 4.3%. При реализации такого усилителя с коррекци¬ей RC-цепью (см. рис.4) время нарастания фронта удалось уменьшить в 5.4 раза, т.е. оно ста¬ло равным 0.13 мкс при выбросе &#61541; = 2.9%. Проверка на импульсные перегрузки по вход¬ной цепи, лимитирующие наибольшую амплиту¬ду выходного импульса Uвыхтиб, показала, что в схеме с Скор Uвьшпнб < 170мВ, тогда как примене¬ние RC цепи позволило увеличить Uвыxmn6 в 8 раз, т.е. воспроизводить импульсы с крутыми перепа¬дами наибольшей амплитудой Uъыхтнб = 1.35В! Чтобы можно было реализовать усилитель с Ки= 10; tн = 0.13 мкс применением коррекции инте¬грирующим конденсатором Скор, то надо было ис¬пользовать интегральные операционные усилители с частотой единичного усиления f1ис = 38 МГц, т.е. в 5.4 раза большей f1ис, чем у 153УД2. При этом на¬ибольшую амплитуду Uвыхотнб все равно не удается увеличить до уровня 1.35В. Учитывая, что более высокочастотная схема, как правило, менее радиационно-стойкая, то достоинства радиационных средств - очевидны! Аналогичные результаты получены и в широ¬кополосных усилителях.

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Воздействие радиационного излучения на операционные усилители

Классификация радиационных эффектов. Воздействие ионизирующих излучений (ИИ) на какое-либо вещество сопровождается… Принято выделять два вида основных эффектов: смещения (обусловленные смещением атомов из своего нормального положения)…

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Проектирование радиационно-стойких ИОУ

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Классификация радиационных эффектов
Классификация радиационных эффектов. Воздействие ионизирующих излучений (ИИ) на какое-либо вещество сопровождается выделением энергии частицей ИИ. Дальнейшая релаксация полученной энергии и

Действие облучения на биполярные транзисторы
Действие облучения на биполярные транзисторы. Физические параметры биполярного транзистора можно разбить на четыре группы: 1)Параметры, характеризующие диффузию и дрейф неосновных носителей, 2)Пара

Действие облучения на униполярные транзисторы
Действие облучения на униполярные транзисторы. Влияние ионизирующего излу¬чения на параметры униполярных транзисторов как с управляющим p-n-переходом, так и МДП - структур в основном проявля

Специфика эффектов в зависимости от конструктивно-технологических особенностей ИМС
Специфика эффектов в зависимости от конструктивно-технологических особенностей ИМС. Специфика проявления радиаци¬онных эффектов во многом определяется конструктивно-технологическими особенностями И

Усилительные каскады
Усилительные каскады. В качестве простейших усилитель¬ных каскадов применяют каскады с общим эмиттером (ОЭ) и общим истоком (ОИ). Отклонение тока коллектора &#916;Iк от своей номинальной

Дифференциальные каскады
Дифференциальные каскады. Принято считать, что стойкость аналоговых интегральных микросхем к спецвоздействиям оп¬ределяется, прежде всего, радиационными эф¬фектами во входных каскадах, в качестве к

Влияние ИИ на шумовые характеристики
Влияние ИИ на шумовые характеристики. дифф-каскада. В каскадах на биполярных транзисторах в области средних и высших частот шумо¬вого спектра, где преобладают дробовой шум токораспределения iш.к и

Воздействие ИИ на параметры ИОУ
Воздействие ИИ на параметры ИОУ. Интегральные операционные усилители (ИОУ) представляют собой высококачественные прецизионные усилители, которые относятся к классу универсальных и многофункциональн

Критериальные параметры
Критериальные параметры. для оценки стойкости ОУ. Как правило, нормативная документация (НД) на ИОУ устанавливает отклонение выходного на¬пряжения от нуля &#916;Uвх от, приведенного ко входу, в

Уменьшение ВПР электронной аппаратуры
Уменьшение ВПР электронной аппаратуры. Эта проблема возникает при проектировании электронной аппаратуры, предназначенной для работы в условиях кратковременного воздейст¬вия мощного ионизирую

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги