М.Х. Джонс - Электроника практический курс (1055364), страница 50
Текст из файла (страница 50)
Начальные токи и ток смешения имеют величину порядка десятков наноампер (1О' А) н не играют сколько-нибудь сушественной роли до тех пор, пока сопротивления на каждом из входов составляют несколько сотен или тысяч ом, как это чаше всего и бывает. Но протекая по сопротивлению 100 кОм, ток в 100 нА создает на нем разность потенциалов 1О мВ, которая уже может оказаться сравнимой с уснливаемым сигналом. Более серьезным, чем наличие определенного результирующего смешения, является тот факт, что начальные токи и ток смешения меняются с температурой.
Дрейф тока смешения у ИС 741 составляет, как правило, 1 нА/'С, и это может вызывать дрейф выходного напряжения. Из этого следует, что целесообразно установить верхний предел для сопротивлений резисторов, включаемых между каждым из входов и землей; для ИС 741 таким пределом может быть 500 кОм. В практике промышленного проектирования считается правильным ограничиваться макснмачьным значением 50 кОм для лучшей стабильности по постоянному току. Когда требуется, чтобы резисторы на входах имели большее сопротивление, применяют ОУ со значительно меньшими начальными токами, которые имеются в наличии, но стоят дороже, чем ИС 741. В ИС БМ308 входные транзисторы имеют очень большой коэффициент усиления (всупер-бета» транзисторы) и достигается значение начального входного тока 7 нА, а входной ток смешения оказывается равным всего лишь 1,5 нА.
Для того, чтобы входные токи были значительно меньше, нужны схемы с полевыми транзисторами на входах. К такого рода схемам относится ИС Т1.071 фирмы Техм, у которой начальный входной ток равен 30 пА, а входной ток смещения — 5 пА; при таких токах допустимы большие сопротивления на входах, например, 100 МОм. При использовании полевых транзисторов приходится жертвовать входным напряжением смешения: типичное значение этой величины у ИС Т(.071 равно 3 мВ, тогда как у ИС 741 всего лишь 1 мВ.
Это обусловлено, главным образом, тем, что трудно изготовить два идеально подогнанных один к другому полевых транзистора; это обстоя- Операционный усилив!ель 277 тельство приводит также к тому, что входное напряжение смешения в схеме на полевых транзисторах более чувствительно к изменению температуры, чем в схеме на биполярных транзисторах. П.23 Схема балансировки Как с очевидностью следует из нашего рассмотрения, невозможно создать усилитель без напряжения смешения на входе. Другими словами, даже в том случае, когда никакие внешние сигналы не подаются на вход усилителя, у него на входе присутствуют несколько милливольт постоянного напряжения как его собственное свойство. Для усилителей с большим коэффициентом усиления это может быть серьезной проблемой: если результируюший коэффипиент усиления равен 1000„то один милливольт входного смешения проявится как один вольт напряжения на выходе, Когда усилитель предназначен для работы только с переменными сигналами и на выходе применен разделительный конденсатор, он отсечет любое смешение по постоянному току, и все будет в порядке, пока смешение не уведет точку покоя так далеко, что имеюшиеся выходные колебания будут ограничиваться.
Однако для того, чтобы усиливать по постоянному току, нам необходимы какие-то средства регулировки выходного напряжения лля установки нуля при нулевом сигнале на входе. Зту функпию выполняет схема балансировки; она состоит из потенциометра, подключаемого к ОУ извне. На рис. 11.4 показано это крайне простое приспособление для установки нулевого смешения в ИС 741, с помошью которого можно компенсировать входные напряжения смешения величиной примерно+ 25 мВ. азьз Рис. 1 1,4, Схема балансировки длл ИС 74 ! (указаны номера выволов для корпуса с 8 выводами, расположенными в два рлла) 278 "Сгиромиелькые блоки аналоговой электроники на иниьегоальных микросгемах 11.3 Практические детали В этой главе описывается множество усилителей и других устройств обработки сигналов, причем делается это с практической точки зрения, чтобы читатель мог собирать такие схемы и проводить с ними эксперименты.
Во всех случаях приводятся характерные величины компонентов, а также обсуждается роль, которую играют в схеме различные компоненты, чтобы можно было по мере необходимости изменять значения параметров в тех или иных конкретных применениях. Всегда остается простор для экспериментов. В качестве ОУ во всех практических схемах используется ИС 741.
Ее нетрудно заменить другой микросхемой, например, усилителем с полевыми транзисторами на входах, наподобие ИС Т).071. Цоколевка у микросхем стандартная, за исключением отдельных выводов специального назначения, таких как выводы, используемые лля балансировки; в отношении таких выводов следует обрашаться к справочным данным, когда это необходимо.
Напряжения питания ((ге~, и !г ) предполагаются равными+15 В и — 15 В, если не оговорено другое; они подаются на выводы 7 и 4 соответственно, как показано на рис. 11.5. Общей точкой, в которой соединяются источники питания, является указанная на схеме земля (О В), но ИС непосредственно к земле не подключается. Хотя в упомянутых справочных данных об ОУ обычно предполагается, что напряжения питания равны + 15 В, ИС 741 будет удовлетворительно работать в широком диапазоне напряжений питания от к 3 В до к 18 В.
Как можно было ожидать, от напряжения питания зависит коэффициент усиления без обратной связи, чаше всего в пределах от 40000 до 250000, но это, как правило, не бывает сушественным в схемах с глубокой отрицательной обратной связью. Более серьезным является ограничение выходного сигнала, полный размах которого не превосходит величины (2К вЂ” 2) вольт. тес вв< т а1 Рис. 11.5. Полключенис источников питания к усилителю типа 74!.
Типичные значения Гс~, и ь' равны к!5 В. Земля (О В) соепиняется со «срелней точкой» двух источйиков питания. Неинвертирующий усилитель 279 Коль скоро указанные ограничения оказываются приемлемыми, ббльшая часть схем, о которых пойдет речь, будет хорошо работать при напряжениях +9 В и — 9 В, источником которых может служить пара батарей от портативного радиоприемника. 11.4 Неиивертирующий усилитель 11.4.1 Простейший усилитель постоянного тока В параграфе 4.8 уже рассматривался неинвертируюший усилитель с последовательной отрицательной обратной связью, а в схеме на рис. 8.12 такой усилитель был применен лля усиления сигнала термопары. Сигнал обратной связи, подаваемый на инвертируюший вход ОУ, по сушеству, вычитается из входного сигнала, подаваемого на неинвертируюший вход.
На рис. 1!.6 представлен неинвертируюший усилитель, предназначенный лля работы в диапазоне частот, простираюшемся до нуля герц (до постоянного тока); входная цепь рассчитана на подключение усилителя к источнику сигнала с малым выходным сопротивлением. Это последнее требование является следствием того, что для усилителя необходимо, чтобы через источник сигнала мог течь начальный входной ток усилителя, и поэтому между входом и землей должен быть путь по постоянному току. Резистор Я„в этой схеме нужен просто лля того, чтобы обеспечить равенство сопротивлений межлу каждым из входов и землей.
Если выходное сопротивление источника сигнала сравнимо с Я„, то его значение следует вычесть из 11к На первый взгляд может показаться, что включение резистора Я последовательно с источником сигнала приведет к значительному ослаблению сигнала; к счастью, это не так, поскольку сам усилитель, благодаря отрицательной обратной связи, обладает входным сопротивлением, равным, по крайней мере, 50 МОм. Таким образом, потери сигнала на сопротивлении Л, равном 10 кОм или такого порядка, будут пренебрежимо малы.
Такие источники сигналов, как термопара или предшествуюший ОУ сами по себе обладают пренебрежимо малым внутренним сопротивлением. Обратите внимание: согласно таблице на рис. 11.6(Ь), схему можно применить, чтобы получить единичный коэффициент усиления напряжения; практическая целесообразность этого может вызвать сомнение. В ответ можно сказать следуюшее: неинвертируюший усилитель с единичным коэффициентом усиления позволяет обеспечить согласование сопротивлений подобно эмиттерному повторителю.
Его называют повторителем напряжения. Его входное сопротивление может равняться многим сотням мегаом на низких частотах, а выходное сопротивление меньше 1 Ом, хотя из-за ограничений по току ИС 741 не может работать на нагрузку меньше 2 кОм без сужения интервала значений, в пределах которого возможны колебания выходного напряжения. На нагрузки до 600 Ом может работать ИС ХЕ5534, у которой также очень низкий уровень шумов, и поэтому ее активно приме- 280 аСтроительные блоки» анааоговой электроники на ьнтеатальных микросхемах тяр Влалнас сапратнллсннс ) 50МОн истачннкн питания палкснчснн, снк нс рнс, ! 1 5 Я,+ Я, Л. тес Яг Яс лля ннн, Я, сысщсннк Яу + Яс ры Рис.
11.6 (и) Неинлсртируюший усилитель. (Ь) Таблица с тлцичными значениями комлонснтов. няют в устройствах звукового диапазона. В параграфе 5.9 отмечалось, что при создании малошумяшей аппаратуры следует также применять резисторы с возможно меньшими сопротивлениями.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
