Методические указания к задаче 3.1

Задача 3.1

С
оставить эквивалентную схему входной цепи для схемы рис.1*, считая, что ОУ имеет конечные значения генераторов статических ошибок Остальные параметры соответствуют идеальному ОУ. Рассчитать максимальную статическую входную погрешность для исходных данных, помещенных в табл.1. Определить величину оптимального симметрирующего сопротивления и отношение сигнал/помеха =0.

Таблица 1

*Примечание.

Если схема имеет выход по напряжению (схемы а, б рис.1), то балансу схемы соответствует равенство u_вых = 0. Значит, правый вывод резистора R₂ будет находится под потенциалом земли и при составлении эквивалентной схемы его можно заземлить. Если операционная схема имеет выход по току (схемы в, г рис.1), то баланс схемы означает равенство нулю выходного тока (i_вых =0). Поэтому при составлении эквивалентной схемы резистор R_н можно исключить, разомкнув соответствующие зажимы (R_н=∞).

Методические указания

За счет разбаланса и несимметрии входного дифференциального каскада ОУ на его выходе появляется конечное постоянное напряжение, в отсутствии входного сигнала. Это напряжение можно непосредственно измерить, подключив к выходу вольтметр постоянного тока. Оно является абсолютным показателем выходной статической погрешности. Если этот напряжение поделить на коэффициент передачи операционной схемы (ОУ + внешние элементы) на нулевой частоте, то вычисленное таким образом напряжение называется входной статической погрешностью (ВСП). Эту погрешность нельзя непосредственно измерить. Это вычисленное эквивалентное напряжение. Знание ВСП позволяет определить отношение сигнал/шум на входе схемы, т.е. оценить ее реальную чувствительность.

Е сли к входу операционной схемы подключить какой-либо источник постоянного напряжения (не источник сигнала!) и установить его напряжение Е_к (рис.1) таким, чтобы напряжение на входе, а значит и выходе схемы равнялось нулю, то величина Е_к и будет определять величину ВСП. Отношение и будет отношением сигнал/помеха на входе схемы.

Рассмотрим методику определения напряжения Е_к на примере схемы рис.2. Предположим, что ОУ имеет конечные значения генераторов статических ошибок Остальные параметры соответствуют идеальному ОУ, т.е. Баланс схемы (нуль на выходе ) будет иметь место, если, в результате совместного действия компенсирующего напряжения Е_к и генераторов статических ошибок, напряжение на входе ОУ , а значит и на его выходе будут равны нулю, т.е.

где - напряжение на входе ОУ, обусловленное действием только генератора напряжения Е_к; - это же напряжение, но обусловленное действием только генераторов статических ошибок Из рис.2 следует, что

В наихудшем случае, когда все факторы, порождающие ВСП, не создают взаимно компенсирующего воздействия, оценка может быть осуществлена по формуле

.

Таким образом, ВСП имеет две составляющие: потенциальную и токовую

Уменьшить можно технологическим путём или с помощью автоматической или ручной компенсации смещения нуля.

Токовую составляющую ВСП можно уменьшить выбором одинаковых сопротивлений постоянному току в инвертирующем и в неинвертирующем входах (R⁺ = R^-). При этом токовая составляющая будет равна Эта процедура называется токовой балансировкой схемы.

В вашем случае такая балансировка осуществляется включением симметрирующего сопротивления в соответствующий вывод.

Неизвестные токи определяются через паспортные параметры ОУ и :