|
| |
  |
Теория строительства Книги и журналы Рис. 2.13. Схема с уменьшенным напряжением смещения нуля широкополосного усилителя включением интегратора в цепь обратной связи Рис. 2.14. Схема с уменьшенным напряжением смещения нуля усилителя включением УВХ в цепь обратной связи входного (а) и выходного (б) ОУ . К171УВ1 9   дрейфа - до 0,1 мкВ/° С. Модулятор преобразует низкочастотную составляющую входного напряжения в переменное напряжение с амплитудой, пропорциональной входному сигналу. Модулированный сигнал затем усиливается усилителем переменного тока. Демодулятор восстанавливает усиленную низкочастотную составляющую входного сигнала, а затем сигнал проходит через /?С-фильтр и подается на суммирующий вход основного усилителя. Недостатком схемы модулятор-демодулятор является то, что при работе транзисторных ключей возникает сигнал помехи, для подавления которого требуются сложные фильтры. Кроме того, такой усилитель обычно очень медленно возвращается в нормальное рабочее состояние после воздействия большого дифференциального напряжения на входе. Подобная описанной структура усилителя была реализована в виде полупроводниковой микросхемы К140УД13. В дополнение к перечисленнымвыше недостаткам этот ОУ имеет /СжЮ, что существенно ограничивает его возможности. Другим схемотехническим способом уменьшения t/см является применение импульсной стабилизации напряжения смещения нуля (рис. 2.14), которая заключается в периодической регулировке tcM. Подстройка бсм усилителя А1 (рис. 2.14, а) осуществляется вспомогательным усилителем А2. Когда переключатели S2 и S3 замкнуты, а SI, S4 разомкнуты, схема работает как усилитель постоянного тока. При переключении S1 - S4 вход усилителя заземляется и усилитель А2 устанавливает выходное напряжение А1 равным нулю. Переключатель S2 и конденсатор С! образуют устройство выборки и хранения (УВХ) (см. гл. 8). Корректирующий сигнал, устанавливающий нулевое смещение А1, запоминается на С/, после чего S4 размыкается. Элементы S3, С2 и A3 образуют второе УВХ, функция которого заключается в том, чтобы запомнить предыдущее значение выходного сигнала Л/ на время подстройки Несмотря на то, что описанная схема сложнее, чем с использованием модулятора-демодулятора, она удобнее для реализации в виде полупроводниковой микросхемы, так как не требует резисторов больших номиналов и использует лишь два внешних конденсатора. Отсутствие емкостных связей обеспечивает гораздо более быстрое, чем в схеме модулятор-демодулятор, восстановление нормальной работы после воздействия большого дифференциального напряже ния на входе. В быстродействующих ОУ с импульсной стабилизацией, требующих и быстродействующих УВХ, качество регулировки ограничивается ошибками УВХ. Эти ошибки можно уменьшить, включив между А1 и A3 вспомогательный усилитель А2 (рис 2.14, б). Цикл запоминания ошибки в этом усилителе начинается с того, что переключатели С2 и СЗ размыкаются, а S1, S4 и S5 замыкаются. В результате этого выходное напряжение А2 становится равным нулю. В противоположном положении переключателей происходит усиление входного сигнала с коэффициентом l+R/Rx. Компенсирующее напряжение прикладывается ко входу А2, поэтому результирующее напряжение смещения нуля уменьшается в Ku2 раз, где Куч - коэффициент усиления А2. Напряжение, хранимое на конденсаторе С1, Uci=\KuiKu2Ucmi/(I + Ku2)]+ Усмз, где t/cMi и t/смз - напряжения смешения нуля усилителей А1 и A3; Киз = - Поскольку компенсирующее напряжение вводится после первого каскада усиления, влияние ошибки, вносимой УВХ (элементы АЗ, С1, S5), значительно снижается. Описанный принцип реализован в полупроводниковом ОУ К140УД21 с биполярными и МОП-транзисторами на одном кристалле. Этот усилитель наряду с отличными входными характеристиками (6с„ = 50 мкВ, /см= 10~ нА) имеет достаточно высокое для ОУ общего применения быстродействие (лЗ МГц и v=2,5 В/мкс при Ки = 0)- До появления ОУ типа К140УД21 ДУ с импульсной стабилизацией проектировались на обычных ОУ, интегральных коммутаторах и отдельных МОП-транзисторах. Однако большинство этих схем Довольно громоздки и сложны в управлении. Кроме того, их проектирование обычно усложнялось проблемами устойчивости из-за использования последовательного соединения нескольких усилительных каскадов на ОУ. Недостатком ОУ К140УД21 является высокий уровень коммутационных помех на его выходе. Уменьшения входных токов и, следовательно, снижения ошибки-вызванной /вх и /р проще всего достичь выравниванием суммарных сопротивлений резисторов, подключенных ко входам ОУ. Такая компенсация входного тока удобна при постоянном сопротивлении резистора Roc в цепи ОС. Если сопротивление Roc изменяется, требуется новое выравнивание, в противном случае компенсация нарушается. Кроме того, такой способ не всегда удается применить при использовании ОУ в неинвертирующем включении. Благодаря большому входному сопротивлению ОУ в неинвертирующем включении часто применяется при работе от высокоомных источников сигнала либо источников сигнала, обладак)щих емкостным характером внутреннего сопроти]вления. Поэтому выполнить приведенное выше равенство для инвертирующего включения не всегда удается и для компенсации ошибки, обусловленной входными токами ОУ, можно воспользоваться одним из четырех приведенных ниже способов. В показанной на рис. 2.15 схеме требуемое-согласование сопротивлений резисторов, подключаемых ко входам ОУ, достигается использованием дополнительного резистора R2, сопротивление которого рассчитывается из равенства Rr = Ri-\-RiWRo.c- Напряжение ошибки, обусловленной входными токами ОУ, для этой схемы рассчитывается из равенства Af/= (/bxi -/в)(2)/?г(1+/?o.c ?i). Приведенная схема оказывается особенно эффективной, когда требуется получить большой коэффициент передачи. В этом случае приходится использовать резистор R1 с небольшим сопротивлением и посредством введения в схему резистора R2 выравнивать сопротивления во входных цепях ОУ при большом сопротивлении Rr. Дополнительный резистор R2 необходимо защунтировать конденсатором небольшой емкости (обычно 20...100 пФ), чтобы исключить самовозбуждение ОУ. Если конденсатор не используется, то резистор R2 образует со входной емкостью ОУ /?С-цепь. Полюс этой цепи увеличивает фазовый сдвиг сигнала в цепи ОС, что при больших сопротивлениях резистора R2 и малых значениях коэффициента передачи может привести к самовозбуждению ОУ. В некоторых схемах источник входного сигнала обладает емкостным характером внутреннего сопротивления. К простейшим схемам этого типа относятся УВХ и пиковые детекторы, в которых ОУ управляется по входу сигналом, хранимым на конденсаторе. Для таких случаев не применимы описанные выше методы компенсации. Входной ток ОУ вызывает линейное изменение напряжения на конденсаторе, которое является одной из составляющих ошибки хранения напряжения (см. гл. 8). Чтобы исключить эту ошибку, обусловленную Rry необходимо обеспечить дополнительный ток, который будет компенсировать действие входного тока ОУ. Такой компенсирующий ток можно обеспечить с помощью либо соответствующей цепи ОС, либо дополнительного источника тока. Например, в схеме неинвертирующего повторителя (рис. 2.16) действие входного тока ОУ компенсируется током, протекающим через резистор R1, подключенный между выходом и неинвертирующим входом ОУ. Компенсация достигается только в том случае, если в цепи отрицательной ОС использован резистор R2. Сопротивление этого резистора 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 [ 12 ] 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 |