|
| |
  |
Теория строительства Книги и журналы Таблица 2.Г Основные схемы включения ОУ ( t, L Параметр Неиивертируюшая Инвертирующая бых Дифференциальная Коэффициент передачи Rq.c/R\ Входное сопротивление R.. RM \+Ro.c/R, {Ro.c + R вых) bx +Ri..+R..+KbRiy Выходное сопротивление /?вых Riu.{l +Ro.c/R,) Kb R вых 4~ формулы для расчета параметров усилителя с ОС приведены в табл. 2.1. Точные выражения для расчета входного и выходного сопротивлений и коэффициента передачи ОУ с ОС достаточно громоздки и применяются при расчетах только специализированных прецизионных схем. 2.2. ПАРАМЕТРЫ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ Параметры, описывающие качество ОУ, можно разделить на три большие группы: точностные, динамические и эксплуатационные [10]. К точностным параметрам ОУ относятся: коэффициент усиления Ки, коэффициент ослабления синфазного сигнала Косе, напряжение смещения нуля Ucm, входной ток /вх, разность токов /р по инвертирующему и неинвертирующему входам, коэффициент влияния источников питания Квт и коэффициенты температурных дрейфов перечисленных параметров. Действие точностных параметров ОУ проявляется в том, что при равных потенциалах на входах выходное напряжение ОУ отличается от нуля. Для совместного их рассмотрения погрешности приводят ко входу ОУ и общую ошибку определяют следующим выражением: + AUBu./Kb+Uc/Ko.c.c+AU„Ks..n + U + IRr, (2.7) где £см = f/cM + /вхА/?г + /р(/?г1 + /?г2)/2 + rf[f/c« + А/?г/вх +(/?г1 +/?Г2) X XIp]/dT, Абвых - динамический диапазон выходного напряжения. f/c - синфазное входное напряжение, AUn - нестабильность, напряжения питания,,/?г1, Rr2 - сопротивления источников входных сигналов, ARr=Rri-Rr2- Вследствие большого коэффициента усиления ОУ является высокочувствительным элементом, усиливающим как очень малые полезные сигналы (десятки микровольт), так и собственные шумы и наводки на внешние выводы. Несимметрия монтажа электрических схем, разброс и нестабильность параметров элементов микросхем и компонентов внешних цепей усиливают действие помех. Основной причиной, по которой коэффициент усиления ОУ делают большим, является обеспечение высокой стабильности его параметров при использовании глубокой отрицательной ОС. Суммарную статическую ошибку чаще всего определяет слагаемое £см, по величине которого можно судить о качестве входного каскада ОУ. Известные схемотехнические методы уменьшения jEcm сводятся к разовой или периодической компенсации f/см и входных токов в диапазоне рабочих температур аппаратуры. Коэффициент ослабления синфазного сигнала определяется выражением Ko.c.c = 20\gKu/Kuc, где Кис - коэффициент усиления синфазного сигнала. Для идеального ОУ Kuc = 0. Однако в реальном ОУ КисфО вследствие неидеального согласования параметров парных компонентов и в первую очередь во входном ДК. Коэффициент влияния источников питания обычно определяют -как приведенное ко входу ОУ (т. е. AUbux/Ku) изменение выходного напряжения AUeux, обусловленное изменением напряжения одного из источников питания ОУ на 1 Б. Т 3 б л и ц а 2.2 Параметры ОУ в различных схемах включения
Напряжение смещения нуля в ОУ на биполярных транзисторах f/cM определяется в основном разбросом напряжений Af/э.Б эмиттерно-базовых переходов входных транзисторов t/cM = f3B2 - - [/э.Б1=Д[/э.Б, а температурный дрейф [/см равен dUc/dT: лАШб/Т, где Т измеряется в К- На точность ОУ может оказать существенное влияние дрейф прогрева, который проявляется при быстром изменении температуры. При этом приращение (Уем может быть выше значения, получаемого при медленном изменении температуры. Это явление связано с возникновением термических градиентов внутри подложки микросхем при включении источника питания ОУ или переключении нагрузки. В первом слу-, чае мощность, рассеиваемая на выходе ОУ, быстро передается на   -2\- -J 10 10 10 Г,Гц ff) Риё. 2;5. ЗависимостиНапряжения смещения нуля от частоты и амплитуды (Ув» в"нёинвертйрук)Ш,ем (а) и инвертирующем (б) включениях ОУ его вход. Наибольшее влияние разницы температур проявляется впарныхТранзисторах ДУ, где она нарушает баланс дрейфов их эмиттерно-базовых напряжений. При разности температур транзисторов, равной доле градуса, значительно превышается обычное значение Дрейфа f/cM ДУ, равное 5 мкВ/° С. Кроме дополнительного увеличения Ucu это может создать иллюзию бесконечного, коэффициента усиления ОУ или эффект отрицательного выходного сопротивления. Кристаллы полупроводниковых ОУ имеют достаточно малые размеры и высокую однородность структур, обеспечивая в зависимости от конструкции схемы тепловые переходные процессы длительностью 1...500 мкс. Тем не менее при быстром прогреве аппаратуры возможны ошибки, существенно большие ожидаемых значений, обусловленных дрейфом f/cM- В этом случае Длительность процесса установления t/см может достигать десятков секунд в зависимости от типа ОУ и схемы его включения в аппаратуру. На рис. 2.5 приведены экспериментальные зависимости Uc от частоты сигнала при различных среднеквадратических значениях амплитуды сигнала на входе ОУ типа К140УД7. При увеличении входного сигнала его влияние на иы проявляется при меньших частотах. В инвертирующем включении входной сигнал оказывает значительно меньшее влияние на Ucm, чем в неинвертирующем. Эти зависимости объясняются различной скоростью нарастания выходного напряжения для разнополярных входных сигналов и детектирующими свойствами р-п переходов при наличии паразитных ёмкостей во входном каскаде. Действие этих факторов на преобразование переменного напряжения в постоянное иллюстрируется изменением напряжения Us на объединенных эмиттерах транзисторов дифференциального каскада. Среди паразитных емкостей входного каскада наибольшее влияние на эффективность преобра- 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 |