Герасимов В.Г. (ред). - Электрические измерения и основы электроники (1998) (529641), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Дрейф нуля УПТ легко можно наблюдать в следующем опыте, Вход усилителя постоянного тока замыкают накоротко (рис.3.32), а на выходе включают милливольтметр. С течением времени при отсутствии входного напряжения из-за нестабильности значений Гко,У и неточной их компенсации появляется выходное напряжение, примерная временчая зависимость которого показана на рис.3.33. Это напряжение, деленное на коэффициент усиления усилителя, называют дрейфом нуля, приведенным ко входу усилителя: Уд =Гя„„/К при иях=0.
(3.56) В дальнейшем под напряжением дрейфа будем понимать напряжение дрейфа, приведенное ко входу усилителя. Усилитель постоянного тока может правильно воспроизводить на выходе только те сигналы, которые значительно превышают напряжение дрейфа, т.е. при С~~, »Ь' . Поэтому при проектировании чувствительного усилителя приходится принимать специальные меры к снижению дрейфа нуля. Как видно из рис.3.33, выходное напряжение состоит как бы из двух составляющих, монотонно изменяющегося напряжения ~показано штриховой линией) и переменной составляющей. В транзисторных усилителях главной причиной дрейфа является температурная нестабильность транзисторов.
Рис.3,32. Схема измерения напряжения дрейфа УПТ Ивых Рис.3.33. Дрейф нуля УПТ Для борьбы с дрейфом нуля принимают ряд мер !) стабилизацию напряжения источников питания; 2) стабилизашпо температурного режима; 3) использование дифференциальных (балансных) схем УПТ Рассмотрим, как осуществляется и насколько позволяет снизить дрейф каждая из указанных мер, При стабилизации напряжения источников питания с погрешнос-.ью *0,01%, температурной стабилизации с погрешностью ~1 "С удается снизить дрейф усилителя до Ь' „=5+20 мВ при работе в температурном диапазоне от-50 до+50 'С, Дифференциальный УПТ. Кроме стабилизации питающих напряжений для уменьшения дрейфа УПТ принимают спсциальныс схемы усилителей, так называемые дифференциальные (балансные) УПТ. Они построены по принципу четырехплечего моста. В дифференциальном усилителе (рис.3.34,а) сопротивления резисторов В)г, Л)гз в коллекторных цепях транзисторов выбирают равными.
режимы обоих транзисторов устанавливают одинаковыми В таких усилителях подбирают пары транзисторов со строго идентичными характеристиками. На стабильность электрических режимов существенное влияние оказывает сопротивление резистора Л!, который стабилизирует ток транзисторов (см.рис 3.34,л), Чтобы можно было использовать резистор с большим сопротивлением Л,, увеличивают напряжение источника питания, а в интегральных микросхемах часто вместо резистора Л! применяют стабилизатор постоянного тока, который выполняют на 2 — 4 транзисторах.
а) Рис 3 34 Схемь| симметричного (а) Идкомммегричного (б) дифференциаль- ных усилительных каскадов ~/вмх Ьг! Ак У= 1+"гг~к (3.57) гак как напряжением обратной связи, возникающим иа резисторе Япможно принсбрсчь Это напряжение одновременно воздействует на эмиттеры транзисторов Р7,, 1'7г, вызывая одинаковые изменения потенциалов их коллекторов Таким образом, результирующее напряжение на выходе усилителя остается неизменным.
Нетрудно видеть, что выходное напряжение в усилителе (см.рис 3 34,а) совпадает по фазе с входным напряжением и„~ 166 Переменный резистор В„~см рис.3.34,а) служит для балансировки кас када или, как говорят, для установки нуля. Эго необходимо в связи с тем что не удается подобрать два абсолютно идентичных транзистора и ре зисторы с равными сопротивлениями Лк~ н Лкг . При изменении положения движка потенциометра А„изменяются сопротивления резисторов включенных в коллекторные цепи транзисторов, и, следовательно, потенциалы на коллекторах Перемещением движка потенциометра Л„добива. ются нулевого тока в нагрузочном резисторе Н„в отсутствие входного сигнала При изменении ЭДС источника коллекторного питания Е или смещения Е изменяются токи обоих транзисторов и потенциалы их коллекторов Если транзисторы идентичны и сопротивления резисторов Л .
и А в точности равны, то тока в резисторе Я„за счет изменения ЭДС Е,, Е не будет Если транзисторы не совсем идентичны, то появится ток в нагрузочном резисторе, однако он будет значительно меньше, чем в обычном, небалансном УПТ. Изменени." характеристик транзисторов вследствие изменения температуры окружающей среды практически также не будут вызывать изменения токи В нягрузочном ~'стройстве В то же время при подаче входного напряжения на базу транзистора 17', изменяется его коллекторный ток и напряжение на его коллекторе, что вызовет появление напряжения на нагрузочном резисторе Л„. При тщательном подборе транзисторов и резисторов, при стабилизации напряжений источников питания напряжение дрейфа удается снизить до 1 — 20 мкВ/"С или при работе в температурном диапазоне от — 50 до +50'С составит 0,1 — 2 мВ, т.е.
в сравнении с небалансным УПТ он может быть уменьшен в 20 — 100 раз. Выражение для коэффициента усиления дифференциального каскада аналогично выражению для коэффициента усиления обычного однокаскадного усилителя с коллекторной нагрузкой и определяется формулой Входное сопротивление усилителя по каждому из входов ~вх 11" выходное сопротивление (3.59) (3.60) На рис.3.34,б приведена схема несимметричного дифференциального усилителя, в котором коллекторный резистор включен в коллекторную цепь транзистора ~'Т,. Такой усилительный каскад обладает несколько большим дрейфом и применяется только в тех случаях, когда необходимо получить выходное напряжение относительно общего зажима.
Для компенсации постоянной составляющей коллекторного напряжения в усилителе применен делитель 113, А4. По таким схемам можно выполнять усилители и на полевых транзисторах. Вопрос 3.3. Из приведенных на рис.3.35 амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) укажите АЧХ усилителя постоянного тока, если АЧХ усилителя с резистивно-емкостной связью изображена кривой 4.
Варианты ответа: 33.1. Кривая 1. 3.3.2. Кривая 2. 3.3.3, Кривая 3. К„ ~ис 3 35 Амплитудно-частотные ха- РактеРистики уПТ и усилителей с Резистивно-емкостной связью 167 („еинвертирующий вход) и противофазно напряжению ивх2 (инвертиру1ий вход). Тогда можно записать живых 1~д~вх! ~вх2 ) ' (3.58) 3.11. ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ Операционным усилителем (ОУ) называют дифференциальный уси. литель постоянного тока с большим коэффициентом усиления, пред. назначенный для выполнения различных операций над электрически ми сигналами при работе в схемах с отрицательной обратной связью Обычно операционный усилитель имеет 3 — 4 дифференциальных балансных каскадов, в качестве выходного каскада обычно использу.
ется бестрансформаторный усилитель мощности. Коэффициент уси ления ОУ достигает 106. Операционные усилители изготавливаются в виде интегральных микросхем различных серий, например, серии К14(1 ОУ имеет два входа: неинвертирующий (Н) и инвертирующнй (И). Их названия связаны с тем, что в первом случае входное напряжение находится в фазе с выходным, а во втором случае — в противофазе. Условное графическое обозначение ОУ приведено на рис.
3.36. Значки «~ о» символизируют наличие очень большого коэффициента усиления у операционного усилителя. Для питания ОУ обычно используют два разнополярных источника питания +Л'„~ и -Г„~. Основными характеристиками ОУ являются амплитудные (передаточные) характеристики. ~ход Н Вхо И Рис 3 36. Условное графическое обозначение операционного усилителя Рис 3.37 Амплитудные характеристики ОУ на интегральной микросхемв К140УД8 по неинвертирующему входу Амплитудные характерчстики операционного усилителя на микросхеме К140УД8 по неинвертирующему входу приведена на рис. 3.37, на котором видно смещение нуля С~с„= 1 мВ.
Смещение нуля следует принимать во внимание при применении ОУ. При больших значениях коэффициента усиления микросхемы необходимо балансировать (7с„вручную с помощью балансировочного резистора. Параметры, характеризующие работу операционных усилителей, подразделяются на статические и динамические. К основным статическим параметрам ОУ относятся: 1) коэффициент усиления по напряжению (К~=-!04-:1Об); 2) входное сопротивление ( Я„„=104+107 Ом); 3) выходное сопротивление ( Яви„= 10 Ом); 4) входное напряжение смещения нуля (У „— единицы милливольт). К основным динамическим параметрам ОУ следует отнести: 1) частота единичного усиления 71, т.е.
частота на которой К~,— — 1 Я вЂ” единицы и десятки мегагерц); 2) скорость нарастания выходного напряжения (Г~~в, = 0,1 + 100 В/мкс); 3) время установления выходного напряжения ( ~ =0,05+ 2 мкс). Для построения различных усилителей применяют операционные усилители с отрицательной обратной связью. В зависимости от того, на какой из входов подается усиливаемое напряжение, различают неиняертирующий и инвертирующий усилители В неинвертирующем усилителе (рис.3.38) входное напряжение подается на неинвертирующий вход, а с выхода усилителя через делитель К1, К2 на инвертирующий вход подается напряжение отрицательной обратной связи. Обычно выполняются условия К, »Я„мх и Л~ <К,„.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
