Гусев - Электроника (944138), страница 76
Текст из файла (страница 76)
чг Температурные дрейфы на- с„ гн овиг пряэгсения смегцеггия и входных токов характеризуют изменения соответствуюгцих параме- трОВ С тЕМПЕратурОй И ОбЫЧНО Гвс 5тн 1вггвраторвг напряжения оцениваются в мкВ)грвз в шУмов во входной цепи ОУ и нАггград. Эти параметры важны для прецизионных устройств, так как их в отличие от !У,„и 1,„, эффективно скомпенсировать сложно. Температурные дрейфы являются основной причиной появления температурных погрешностей устройств с ОУ. Напр.чэгсеггие шумов, приведенное ко входу,— это действующее значение напряжения на выходе усилителя при нулевом входном сигнале и нулевом сопротивлении источника сигнала, подключенного ко входу, деленное на коэффициент усиления ОУ К„.
Обычно задается спектральная плотность напряжения шумов, которая оценивается как корень квадратный из квадрата приведенного напряжения шумов, деленного на полосу частот в которой выполнено измерение этого напряжения, Таким образом оцениваются шумы, имеющиеся в полосе частот 1 Гц. Размерность их нВ/ Тц.
При работе ОУ с источником сигнала, внутреннее сопротивление которого 11„ отлично от нуля, приходится также вводить приведенный ток шума ОУ г и его спектральную плотность. Этот параметр отражает тот факт, что результирующее приведенное напряжение шумов оказывается больше, чем сумма напряжений шумов ОУ при Я„=О и цгумов резистора А„. Для учета этого входную цепь ОУ представляют в виде, показанном на рис. 5.9,а спектральную плотность результирующего приведенного напряжения шумов оценивают с помощью уравнения )пг г 2 я 2 Ь'„„„г'К„= бг,„=г~ '" - - — '+ 4КТК,, лу где 1/ — приведенное напряжение шумов при Я,=О; 4КТЯ,—— спектральная плотность ~силового шума резистора (см.
~ 1.1). В технических условиях иногда задают коэффициент шума (дБ) Едк Евх ви д1 Рие. 5ЛО. Схемы для определения выходных параметров ОУ; с .выходного со ро~нвдсни», 6 косффсщисн в уси.сонин изменения выходного напряжения ОУ ЛЬ', при колебаниях напряжения источника питания Л1/„„, (мкВ1В): к. = "--.—. Л1/ви, ' (5.30) К группе выходных параметров относятся выходное сопротивление, напряжение и ток выхода. Определить выходное сопротивление достаточно сложно из-за его изменения в зависимости от сдвига нулевого уровня выходного напряжения. Для измерения Я,„„ можно использовать схему рис. 5.10,а, но при этом йеобходимо, чтобы коэффициент усиления всего усилителя при разомкнутой обратной связи был известен.
Сопротивления резисторов Л, и Я выбирают одинаковыми, причем их значения должны быть болыпими (порядка 1 МОм). Выходное напряжение при разомкнутом ключе ~ вык2 бвыкх ~н~выкосс (5.31) где Г,„„х -выходное напряжение при разомкнутом ключе Ь'; Я.ы„.— выходное сопротивление ОУ, охваченное ОС. Отсюда, учитывая, что 1„= 1у'„„„х/А., имеем к„„, =я(и,„„,— и„„„,) и..„. Из теории обратной связи известно, что выходное сопротивление усилителя, не охваченного обратной связью, связано с выходным сопротивлением усилителя с параллельной ОС по напряжению соотнонтением А = и у(1+ гс.у) Так как сопротивления 11, и Л, равны между собой, а коэффициент обратной связи у равен 1/2, то выходное сопротивление ОУ 358 (5.33) Максимальные выходные напряжение и ток указываются в ТУ на изготовление ОУ.
К группе характеристик передачи можно отнести коэффициент усиления по напряжению, частоту единичного усиления, скорость нарастания выходного напряжения, время установления выходного напряжения, время восстановления, амплитудно-частотную характеристику. Коэффициеят усиления по напряжению ОУ может быть определен экспериментальным путем, когда на вход ОУ, не охваченного цепью ОС, подается известное напряжение и определяется выходное напряжение. Однако при этом возникают существенные трудности, связанные с определением малых входных напряжений.
Кроме того, в высокочувствительных ОУ с высоким коэффициентом усиления напряжение смещения нуля, которое может быть представлено генератором напряжения 1Г,„, включенным на входе ОУ, усиливаясь в К„раз, может вызвать насыщение выходного каскада ОУ и он станет неработоспособным. Поэтому высокочувствительные ОУ нельзя применять без цепей ОС. Коэффициент усиления ОУ К„„обычно определяют косвенным путем с помощью схемы рис. 5.10,б. В ней входное дифференциальное напряжение ОУ равно падению напряжения на резисторе Я : (У =(1 =(УК 1(й -1-Е) (5.34) где С'.--напряжение в точке а. Так как сопротивления резисторов Л„соединяющих источник сигнала и выход усилителя„равны между собой, то коэффициент передачи ОУ с такой обратной связью равен единице, а выходное напряжение Е',„„равно Е,„. Следовательно, коэффициент усиления ОУ К„„= Е,„~Юкз =Е,„Я, + Из)~(Ю,Кз).
(5.35) Частота единичного усиления — это частота 1,, на которой модуль коэффициента усиления ОУ равен единице (О дБ). Иногда оговаривают граничную частоту ОУ, при которой сохраняешься гарантированная амплитуда выходного напряжения. Это связано с тем, что усилитель, имеющий полосу пропускания, например, 0,5 МГц и выходное напряжение 1О В, обеспечивает получение этой амплитуды до частоты 10 кГц. Скорость нарастанич выходного напряжения — это максимальная скорость изменения выходного сигнала при максимальном значении его амплитуды.
При измерении скорости нарастания ОУ включается в схему (рис. 5.11, а), обеспечивающую единичное усиление, и на его вход подается напряжение акях а) Рис. 5.)). Схема для определения скорости нарастания Р„„„!о) и определение ее по результатам измерения !б); схема для определения времени воссзановлеиия (я) прямоугольной формы. амплитуда которого такова, что выходной каскад попадает в область насыщения по обеим полярностям (рис. 5,11, й), Скорость нарастания ~'„,„, определяется как тангенс угла наклона участка, заключенного между минимальным и максимальным значениями выходного сигнала, и имеет размерность Б)мкс.
Этот параметр важен для широкополосных и импульсных устройств, так как он ограничивает скорость нарастания выходного сиз нала и минимальную длительность его фронтов. Время установления выходного напряжения )те, — это время, за которое практически заканчивается переходный процесс. Оно обычно измеряется при максимальных значениях выходного напряжения и нагрузки и оценивается как промежуток времени Ай прошедший с момента первого достижения уровня 0,1 до момента первого достижения уровня 0,9 установившегося значения выходного сигнала при подаче на вход импульса напряжения прямоугольной формы. Под временем восстановления )„, понимают время, необходимое для возвращения усилителя из состояния насьпцения по выходу в линейный режим.
При измерении обычно используют схему, показанную на рис. 5.! 1, в. Уровень входного сигнала выбирают в два раза выше, чем необходимо для насьнцения выходного каскада (100% перегрузки). Процесс измерения сводится к определению времени, прошедшего с момента снятия входного напряжения до момента, начиная с которого напряжение на выходе ОУ не будет превьппать уровня 0,1 установившегося значения. Амплитудно-частотная характеристика обычно приводится в виде графика, построенного в логарифмическом масштабе (рис.
5.12, а. й). Причем у ОУ с внутренней коррекцией ЛАЧХ за частотой среза можно аппроксимировать прямой, имеющей наклон 20 дБ/дек, как, например, в случае, показанном на рис. 5.12, и. У ОУ без внутренней коррекции или с небольшой емкостью корректирующего конденсатора ЛАЧХ аппроксимируется двумя аснмптотами, имеющими наклоны 20 и 40 дБ)дек 360 Кк. 7аг Куи ГОО2 7О 3 оо га' оо оо 0,7 70' 7О' уаа НГц1 7О' 7О' 7О' 7аа 7О7КГГао аГ Фу' 17ы КН» ) иг„1га„ га ! 1о в~г Рис. 5.12 Аыааитугтно-аастогныс характсрисгнкн ОУ и — аа)УД7: а — НО7УД2, Гарсыиыыа г .
» а с гиа ОУ ат ааф и «а ф. фаа а ' а с ~ «акса, а а ааффсаакн . с .н асасис и пересекающимися в точках сопряжения Уса г и 7', 2 1рис. 5.12, 6), или тремя асимптотами, имеющими наклон 20, 40 и 60 дБудек. Параметры некоторых ОУ, выпускаемых промышленностью, приведены в табл. 5.3. При расчете устройств с ОУ удобно пользоваться их эквивалентными схемами, в которых ОУ представляют в виде идеального усилителя с коэффициентом усиления Кг „с бесконечно высоким входным и нулевым выходным сопротивлениями и с дополнительными внешними цепями и генераторами (рис. 5.12, в). Напряжение смещения нуля характеризуется генератором напряжения г/,„, направление включения которого зависит от его полярности.
Наличие входных токов отражено генераторами токов 1,„2 и 2,„2, а выходное сопротивление для синфазного сигнала --сопротивлениями 2Л„,ф, включенными параллельно им. Входное сопротивление для дифференциального сигнала показано в виде сопротивления А„„, включенного между входами идеализированного ОУ.
Наличие выходного сопротивления отражено сопротивлением Я, „, включенным последовательно с выходом ОУ. Для рассмотрения ОУ на переменном токе при подаче на вход дифференциального напряжения можно использовать упрощенную эквивалентную схему (рис. 5.12, о), в которой для облегчения анализа часто пренебрегают гс,„. зь! Тнблина 5.3 ОУ обнеего применения 362 !7Родо оиеиие тиби. 5.3 ОУ общего применения 363 Просзояистие гиоа ~ 5 3 ОУ пренизнонные * Программируемыа Оу, параметры которого зависят от тока управления А„,. ** Четыре ОУ в одном корпусе. "* Два ОУ в одном корпусе. упт млм.
Приведенные эквивалентные схемы, несмотря на их приближенный характер, могут применяться при анализе преобразователей электрических сигналов, собранных на основе ОУ. й В.в. ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ С УЛУЧШЕННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ В ОУ с непосредственными связями между каскадами имеются температурный и временной дрейфы выходного напряжения, что затрудняет создание высокочастотных УПТ. Поэтому при проектировании прецизионных устройств для работы с медленно изменяющимися си~папами широко используют усилители с дополнительным преобразованием входного напряжения. У таких ОУ входной сигнал постоянного тока преобразуется (модулируется) в сигнал переменного тока, который затем усиливается усилителем переменного тока и с помощью демодулятора и фильтра низких частот снова преобразуется в медленно изменяющийся сигнал (рис.
5.)З). Дрейфы выходного сигнала в подобных структурах полностью определяются стабильностью параметров модулятора 369 13 Заказ )гй 1066 н М, так как приведенные нь.= „- -. „-- н„г/а = ко входу дрейфы демодулятора обычно достаточно малы. В качестве модуляторов в УПТ применяют контактные вибропреобразователи, динамические конленсаторы С'ру"тур уп™Д~ М " (ВарИКаПЫ), ОнтрОНЫ И ПО- молулятор; З вЂ” уенлнтель; дм -лемо- ф я ц ф н л в т р н н а к н к ~ а е ~ о т ' е в ы е ' Р а з и с ' о Р ы .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
