Изъюров Г.И. - Расчет электронных схем (1266568), страница 25
Текст из файла (страница 25)
п. Параметры ОУ можно разделить на следующие группы. Входные параметры„определяемые свойствами входного дифференциального каскада: напряжение смещения нуля 11,», значение которого определяется неидентичностью напряжений (1гьв транзисторов входного дифференциального каскада, и его температурный дрейф Ы3 )дТ; средний 1вь, и разностный 1вв т входной ток (ток баз транзисторов в режиме покоя входного дифференциального каскада) и температурный дрейф разностного входного тока А1~„!Ат; максимальное входное днфференциалыюе (1ьккп,„и синфазное 11,,4 „напряжения; входное дифференциальное сопротивление К,„, т.
е. сопротивление между входами ОУ для малого дифференциального входного сигнала, при котором сохраняется линейносп выходного напряжения; входное синфазное сопротивление К,„ №, т. е. сопротивление, равное отношению напряжения, поданного на оба входа ОУ, к току входов. Пврвдаззизчные параметры: коэффициент усиления по напряжению Кис„, определяемый отношением изменения выходного напряжения к вызвавшему это изменение дифференциальному входному сигналу; коэффициент ослабления синфазного сигнала К,е, определяемый отношением коэффициента усиления дифференциального сигнала в схеме на ОУ к коэффициенту усиления синфазного сигнала; частота единичного усилия 1» т.е. частота, при которой Киог = 1.
Вь:ходные параметры, определнемые свойгтвалщ выходного каскада ОУ: выходное сопротивление К максимальный выходной ток, измеряемый при максимальном выходном напряжении, или минимальное сопротивление нагрузки А„ы; максимальное выходное напряжение в диапазоне линейного усиления. Для большинства типов ОУ величина (1 „= 1О В. Переходные паралзе~зрьп скорость нарастания выходного напряжения 1'и„„„— максимальная скорость изменения во времени напряжения на выходе ОУ (В/мкс) при подаче на вход большого сигнала.
Параметры цели питания: напряжение питания + Е„; потребляемый ток 1„,„. Операционные усилители, выполняемые в виде монолитных ИМС, можно классифицировать следующим образом. 1. По типу транзисторов, используемых во входных каскадах: ОУ на биполярных транзисторах, имеющие малое напряжение смещения нуля, но значительные входные токи и сравнительно невысокое входное сопротивление ( 10' Ом); ОУ с полевыми транзисторами на входе„в которых достигаются высокое входное сопротивление ( 10» —: 1О'г Ом) и малые входные токи, но возрастает напряжение смещения нуля, 2. По выходной мощности: стандартные ОУ, которые отдают в нагрузку с сопротивлением Я„> 2 кОм номинальную выходную мощность 50 мВт", мощные ОУ с выходной мощностью от единиц до нескольких десятков ватт; микромощные ОУ, в которых мощность, потребляемая в режиме покоя, очень мала ( 10 в Вт).
3. По области применения: ОУ общего применения, характеризуемые низкой стоимостью, малыми размерами, широким диапазоном напряжения питания, защищенным входом и выходом, не очень высокой частотой Гг; специальные ОУ, которые, в свою очередзь разделяются на прецизионные, измерительные, электрометрические ОУ и т. п.
Параметры некоторых типов ОУ могут изменяться за счет введения частотной коррекции и токового программирования. Частотная коррекция может быть введена в схему ОУ при его изготовлении. Это так называемые ОУ с внутренней коррекцией. На рис.
6.7 приведена АЧХ ОУ с внутренней коррекцией. Как известно (41, такая форма АЧХ обеспечивает устойчивость схем на ОУ при любом требуемом коэффициенте усиления, что 1ба б заказ № 531 161 Х,свх ав жв жз гав свс квс 7» пв Рис. жа Ряс. жт 162 достигается за счет существенного ухудшения частотных свойств ОУ. В случае широкого спектра усиливаемого сигнала частотные свойства ОУ накладывают ограничения на значение коэффициента усиления, который можно получить в схеме усилителя, используя данный ОУ. Например, если верхняя граничная частота сигнала /; = 50 кГп, то максимально возможное усиление в схеме усилителя на ОУ, имеющем АЧХ, приведенную на рнс. 6.7, составит 46 дБ.
При этом следует иметь в виду, что в диапазоне частот от 25 Гц до 50 кГц глубина Е отрицательной обратной связи в схеме усилителя будет уменьшаться н при /'„= 50 кГц К= 1. Использование внешних корректнруюппсх элементов позволяет, как правило, обеспечить устойчивую работу ОУ в требуемом диапазоне изменения коэффициента усиления при меньшем ухудшении частотных свойств, но приводит к усложнению схемы усилителя. При анализе усилительных схем на ОУ обычно принимают следующие упрощающие предположения (при Кмоу= оо н Киот = 'о): 1) входы ОУ не потребляют тока; 2) напряжение между входами ОУ равно нулю.
Последнее предположение следует из того, что при Кпоу = со напряжение И,„= Куси,(И, — Ив) всегда конечно и по значению меньше напряжения питания Е„, что может иметь место только при И, — Из = 0 нли И, = Ив. Здесь 1/о И вЂ” напряжения на вхолах ОУ.
Инвертируюший усилитель (рис. 68) представляет собой ОУ, охваченный цепью параллельной отрицательной обратной связи по напряжению на резисторах К, К,. 1(епи частотной коррекции и установки нуля на рис. 6.8 не показаны. Входной сигнал подан на инвертирующий вход. Неинвертирующий вход заземлен через резистор К„сопротнвле- нне которого для снижения величины токового дрейфа выбирается так (3,41с Кв К (~К,. Так как неинвертируюший вход ОУ заземлен и разность напряжений между входами равна нулю, то ннвертируюший вход тоже имеет нулевой потенциал относительно земли. Поэтому 1,„= И,„/Кп Таь как входы ОУ не потребляют тока, то 2 = 1,„= И /К,.
Выходное напряжение, т. е. напряжение на выходном выводе относительно обшей шины, можно найти как падение напряжения от тока 1 на резисторе К, т. е. И, = -К 1*= — И.*К /Кн Отсюда коэффициент усиления инвертирующего усилителя (6.10) И,„ При заданной э.д.с. источника сигнала Е, с внутренним сопротивлением К, ~ 0 формула (6.10) примет вид И, К Ксннв Ес Кс+К! Ток выходной цепи ОУ, протекающий через резисторы К„ и К „включенные параллельно для приращений тока, (6.11) Кн ас Значение выходного тока большинства ~ннов ОУ не должно превышать нескольких мнллиампер. Входное сопротивление инвертируюшего усилителя прн идеальном ОУ определяется сопротивлением резистора К,, т.
е. К, = К,. Выходное сопротивление К,„„„, = О. В случае неидеального ОУ (К оу Ф со, Кс оу ~ со) можно получить формулу (6ЛОа) -К /К, (6.12) КГвв ! ( К„К 1+ (1+ — + Косу ~. Кс К *оу Это выражение позволяет оценить погрешность величины Кс,жя при установке в схему любого ОУ данного типа с учетом разброса значений К„оу и К оу. Погрешность определяется вторым членом в знаменателе выражения и уменьшается при увеличении Косу и К оу. Так как величина К„оу уменьшается с ростом частоты, то погрешность Кс зависит от диапазона частот, в котором работает усилитель, и увеличивается в области высоких частот. Входное сопротивление усилителя при неидеальном ОУ Е хох (1 + Киох) + Е (6.13) Вьгходное сопротивление усилителя в этом случае вмкОУ венок К (6.14) 1(вмх.
ннв Свен " ион где Г = Кпо„/Кцм, — глубина параллельной отрицательной обратной связи, охватываюцзей усилитель. Напряжение статической ошибки инвертнруюшего усилителя на ОУ определяется выражением (61 Если Яз(1+Вес/Ех)=Я, т.е. Ез=д (А„(6.15) то (6.16) 1 емх см = 1'см(1 +! Кпввв О+ )щгехнйсс Напряжение ошибки, вызванное влиянием (/ и входными токами ОУ, может быть скомпенсировано (сделано равным нулю) путем введения цепей компенсации ошибки (цепей установки нуля). Схемы установки нуля обычно приводятся изготовителями ОУ в справочных материалах. Для уменьшения составляющей (/ „„, вызванной входными токами ОУ, следует выбирать схемы ОУ с полевымя транзисторами на входе и уменьшать номинал резистора Я, а следовательно, и Ях.
Обычно рекомендуют выбирать резистор Ех из условия, чтобы падение напряжения на нем от среднего входного тока ОУ 1ю, = (1юх + 1вп)/2 было на порядок меньше входного сигнала, т. е. У„с Лх < 0,1Н,х Изменение напряжения ошибки с температурой представляет собой дрейф усилители на ОУ. Дрейф выходного напряжения, вызванный изменением температуры на 1'С, можно найти с учетом выражения (6.16): '" (1+(Кц. В+ — нй . (6.1Л где ь1/ //5т — дрейф напряжения смешения и /з(еен,„//зт— дрейф разностного входного тока. Эти величины являются параметрами ОУ н приводятся в справочниках.
Дополнительная погрешность усилителя на ОУ создается за счет изменения напряжения питания схемы. Для оценки влия- ння изменения величины Е„вводят коэффициент ослабления влияния напряжения питания Кокни, являющийся параметром ОУ и приводимый в справочных данных *. Коэффициент Ковнц представляет собою отношение изменения напряжения питания /хЕ, к вызванному им изменению (/, выраженное в децибелах, т, е.
6Ен Коапп = 201я ~ ~(/см Неинвер тиру юший усилитель (рис. 69) представляет собой ОУ, охваченный цепью последовательной отрицательной ОС по напряжению на резисторах Е, Ех. Входной сигнал подан на неинвертируюший вход. Выражение для коэффициента усиления этой схемы можно получить, используя условие равенства напряжений на входах ОУ: Н,„=!/ = Б,м„ (6.19) '"" Е +Ех (6Л 8) Отсюда (/.
Я +Ах Е Кпненнв =, — 1 + 1 + (Конев 1 (620) Нвх Ех хкх Поскольку входные токи ОУ равны нулю, наличие резистора Ю„(внутреннего сопротивления источника сигнала) не влияет на значение коэффициента усиления схемы. Для реальных ОУ сопротивления во входных цепях стремятся сделать равными для уменьшения токовой составляющей погрешности (см. выражения (6.15), (616)1. Вследствие наличия в схеме неинвертируюшего усилителя последовательной отрицательной ОС по напряжению его входное сопротивление возрастает в Е раз. При неидеальном ОУ Ксох Евк,мнив ~вхОУ~ ~~вхОУ (6.2!) Ки Выходное сопротивление определяется формулой (6.14). Если в схеме рис. 6.9 принять Ех = со и Е = О, то К,м = 1 и (/„= (/,х, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
