Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы (1988) (1095417), страница 59
Текст из файла (страница 59)
При температуре 293 К (20'С) данное выражение имеет внд оги = (1,6 10 /7)п-', и длЯ й = 1 МОм полУчим оги — — 127 нВ/Гц'!'. Общее напРЯжение шума от разных (некоррелнрованных) источников равно квадратному корню суммы квадратов соответствующих шумовых напряжений, т. е, как если бы они были соединены последовательно. Рассмотрим простой пример расчета шума для схемы ОУ на Рнс 5.30. Пусть ОУ имеет шумовое напряжение о; по —— = 20 нВ/Гцп' и / = 100 нА, т.
е. /,„= 0.18 пА/Гцп'. Прел- положим, что полоса пропускания при замкнутой обратной связи 10 кГц, и дли пРостоты бУдем считать, что /7, и /те достаточно малы (и!О кОм), поэтому их шумами можно пренебречь, Если сопротивление /7, невелико ( =10 кОм), то преобладаюц!им источником шума будет входной шум ОУ с эквивалентным напряжением 20 нВ/Гцп'. Тогда результирующее напряжение шума (среднеквадратичное значение) равно 2,5 мкВ при полосе пропускания 10 кГц. в на При Й.
= 250 кОм преобладающим становится тепловой шум на"Ряжением 63 нВ/Гцпэ. Шумовое напряжение, связанное Глава 3 326 с дробовым шумом, равно 0,18 пА/Гц"г 250 кОм = 45 нВ/Гцпг Результирующее шумовое напряжение при воздействии всех тр „ источников в данном случае составит 80 нВ/Гцпг, или 10 мкВ при полосе пропускания 10 кГц. При /7 = 1 МОм напряжение теплового шума будет огь = 127 нВ/Гц'~', а дробовой шум вызовет на /7в падение напр„„ жения !,„/7в = 0,18 пА/Гцы'1 МОм = 180 нВ/Гцыг, следова тельно, наиболее важным источником шума в данном случае вв нв !гнс. 5.30.
Пример схемы длн оненнн шума. будет дробовой шум. Результирующее напряжение шума при воздействии всех трех источников равно 221 нВ/Гцыг, или 28 мкВ, при полосе пропускаиня 10 кГп. Из рассмотренного примера следует, что прн болыпнх желательно, чтобы ток дробового шума был как можно меньше, Этого можно достичь за счет уменынения тока смещения, что легко достижимо, если использовать МОП-ОУ с /н менее 10 пА, 5.!6.
Термины и определения Мы рассмотрели ряд основных характеристик ОУ, теперь да. дим определенна некоторых терминов, связанных с ОУ. /. Взаимодействие усилителей. В ряде случаен на одном кристалле ИС располагают более одного ОУ, например в микросхемах?47, которые содержат два полных ОУ 74! па одном кристалле ИС. Другой пример — «счетверенный» ОУ серии !24, в котором на одном кристалле размещены четыре ОУ. Взаимодействие усилителей отражает степень влияния друг на друга ОУ, расположенных на одном кристалле.
Оно обычно выражается как отношение изменения входного напряжения сме щения одного ОУ к результирующему изменению выходного на пряжения другого ОУ, расположенных на одном кристалле. Эго отношение выражается н децибелах, причем указывается частота или диапазон частот, при которых проводилнсь измеренгш 2. Й ирина полосы пропускиния — частота, на которой козФ' Фициент усиления по напряжению ОУ уменьшается на 8 дВ но Харакимриетики и прииенение О К 327 равнению со своим значением на нулевой частоте.
Численно это ответствует 0,707 от коэффициента усиления на нулевой чаете Ширина полосы пропускания без обратной связи — это частота, на которой коэффициент усиления ОУ без обратной „язи уменьшается на 3 дБ по отношению к коэффициенту усиления без обратной связи на нулевой частоте, Ась (О), В ОУ с внутренней компенсацией ширина полосы пропускания без обратной связи составляет около !О Гц. Ширина полосы пропускания с обратной связью, В)огсь,— это частота, на которой коэффициент усиления с обратной связью уменьшается па 3 дБ по сравнению со значением на нулевой частоте„Ась (О).
В большинстве случаев ширина полосы пропускания с обратной связью много больше ширины полосы пропускания без обратной связи, В )э'оь. 3, Синфазнае входное сопротивление, 7е <слн, отношение изменения входного синфазпого напряжения к изменению тона на входах ОУ. 4. Коэффициент ослабления синфазного сигнала (КОСС), отношение коэффициента усиления дифференциального входного напряжения к коэффициенту синфазного входного напряжения, КОСС Анле/Асм, Обычно он выражается в децибелах, т. е.
КОССиь = 20 )й (Агм/Асм) 5, Коэффициент усиления синфазноео напряхгения, Аом, отношение изменения выходного напряженая к сннфазному входному напряжению ОУ, Асм = ЛУо/ЛУсм. Синфазное входное напряжение — среднеарифметическое двух входных напряжений ОУ, Усм =- (Ул + Уа)/2. ч„=ч,-ч, мо =Шл+чоп2 о "ом '-' Лоо = лчотиом Ч„ ч о лом = лооглчом б. Коэффициент усиления дифференциального напряэкения, Аом, отношение изменения выходного напряжения к измененшо напряжения между двумя входами ОУ, Уолл = Ул — Уа. Коэффициент усиления дифференциального напряжения абсолютно идентичен коэффициенту усиления по напряжению ОУ без обратной связи, Аале = Аоъ = Л)о/ЛУоло 7 Эквивалентный входной шумовой ток. Входной ток (ток смещения) Оу — постоянный ток, однако существуют незначительные флуктуации входного тока, имеющие случайную природу. нак.
" Флуктуации можно рассматривать как шумовой ток, который вне вкладывается на постоянный входной ток, и представить в ниде нецшего по отношению к ОУ источника тока. Входной ток шума 328 Глава Б пРинЯто выРажать чеРез его спектРальнУго плотность, обык, в единицах пА/Гц'г'. д. Эквггваленгпное входное напряжение шума. Различные ко . поиенты схемы ОУ являются источниками шума. Этот шум усиля вается вместе с полезным сигналом и появляется на выходе.
В.цщ нне внутреннего шума ОУ выражают через эквивалентное напр„. жение шума, приложенное между двумя входами ОУ. Эквивален ное входное напряжение шума, о, оп — это случайное напряжени с постоянной составляющей, равной нулю, с отличным от нуля среднеквадратичным отклонением. Напряжение шума пропорцио. нально корню квадратному из ширины полосы пропускания уси. лителя (с обратной связью), т, е.
для оценки о, оо необходимо знать диапазон частот усилителя. Очень часто для описания напряже. ния шума используют спектральную плотность, которая равна напряжению шума на единицу ширяны полосы пропускання (т. е. 1 Гц) и обычно выражается в единицах нВ1Гц'г'. 9. Ширина полосы пропускания при максимальной мощности. Ширина полосы пропусканпя при максимальной мощности — это частота, на которой коэффициент усиления по напряжению с обратной связью становится на 3 дБ ниже коэффициента усиления с обратной связью на нулевой частоте при максимальной амплитуде и скорости нарастания выходного сигнала. !О. Нелинейные искажения.
Из-за нелинейностей ОУ выходное напряжение не будет точно повторять входное. Количественно искажения, вносимые ОУ при определенных условиях, можно найти при оценке реакции ОУ на синусоидальное входное возбуждение как отношения амплитуд различных гармоник к амплитуде основной гармоники выходного напряжения. Эти отношения обычно выражаются в процентах, например процентное искажение по второй гармонике и т. д.
Суммарные нелинейные искажения можно найти по следующей формуле; ТНВ = ((Р', + (г'-, + У,е+ " )'".НЮМУо где ТН — суммарные нелинейные искажения, а )го (г„(г, и т. д. — амплитуды основной гармоники ((г,), второй гармоники ((г,), третьей гармоники (1',) н т.
д. выходного напряжения ОУ 11. Входной ток смещения, 1гь или 1щлз. Для нормальной работы ОУ через его входы должен течь определеяный ток (втекать в Оу или вытекать из Оу). Среднеарифметическое от дву" входных токов называется входным током смещения, 1в, 1в,лз, Р ОУ с биполЯРными тРанзистоРами на входе 1а обычно лежит в диапазоне от 1 мкА до 1 нА. В ОУ на полевых транзи сторах с рп-переходом 1а может изменяться в пределах от ! Ао 1О пА, а в ОУ с МОП-транзисторами иа входе 1 может быть еще меныпе, Хараопериевгики и применение ОУ 329 13. Температурный коэффициент входного тока смещения, ТК/ — скорость изменения входного тока смещения в зависи- „гости от температуры, ТК/а —— й/ /йТ, /д.
Входное сопРотивление, Уг, — отношение изменениЯ вход- ного напряжения к изменению входного тока через один из входов ОУ, другой вход которого заземлен (переменный ток). Это дина- мическое входное сопротивление относится только к одному из входов ОУ при заземленном втором входе, 14'. Входной ток сдвига, 1„в — постоянный ток, равный раз- ности между двумя входными токами. 1ав обычно лежит в диапа- зоне от 10 до 20 елг 1а. 1б, Входное напряжение смещения, Раэ, — напряжение, кото- рое необходимо подать между двумя входами ОУ, чтобы напряже- ние на выходе стало равным нулю. Основным фактором, определя- гощим )гав, является рассогласование параметров транзисторов входного каскада дифференциального усилителя. В ОУ с биполяр- ными транзисторами иа входе (прп или рпр) Уов обычно порядка 1 мВ, хотя в некоторых ОУ )гав не превышает !00 или даже 10 мкВ.
В ОУ с входным каскадом на полевых транзисторах )гав несколько больше, обычно около б мВ. /Б. Телгперагпурньи1 коэффггцггенгп входного наггряжения смеще- ния, ТКНг — скорость изменения Ъ'ав в зависимости от температуры, В ОУ с входным каскадом на биполярных транзи- сторах, ТКНга приближенно выражается формулой ТКНг ж *еоэ/Т, т. е. при Роэ = 1,0 мВ = 1000 мкВ ТКНг ж 3 мкВ/'С, 17.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
