|
| |
  |
Теория строительства Книги и журналы   Рис. 2.6. Схема регулировки напряжения смещения нуля дифференциального усилителя по цепи его нагрузки Рис. 2.7. Зависимости напряжения смещения нуля от частоты и амплитуды пульсаций напряжения питания ОУ зования переменного напряжения оказывает конденсато𠈄, шунтирующий в ДУ генератор тока (рис. 2.6). При положительной полуволне напряжения на одном из входов каскада и заземленном другом ток через транзистор VT1 может превысить ток /э и достичь величины 1к1=1э-\-С„(1иэ/(И. При отрицательной полуволне напряжения изменение тока через транзистор VT2 определяется скоростью изменения напряжения [Уэ и не превышает /э. Эта разница максимальных значений токов, протекающих через транзисторы входного каскада, является основной причиной изменения напряжения смещения нуля от частоты и амплитуды входного сигнала. Экспериментальные зависимости Ucm от частоты флуктуации напряжения питания приведены на рис. 2.7. Из этих зависимостей вытекает целесообразность шунтирования выводов питания ОУ конденсаторами для уменьшения амплитуд высокочастотных составляющих помех от источников питания. Анализ показывает, что увеличение Ucm вследствие изменений параметров входного сигнала и питающих напряжений устранить полностью нельзя, но можно увеличить частоту, на которой начинает проявляться описанный эффект. Для этого в ОУ с внешней коррекцией уменьшают емкость корректирующего конденсатора. Наиболее эффективным средством для устранения высокочастотных гармоник является применение полосовых jRC-фильтров на входе ОУ и в цепи его питания. Входные токи ОУ, протекая через цепи источников входных сигналов, создают разницу AU падений напряжений на их внутренних сопротивлениях Rrl и Rr2, равную Af/ = /Bxl/?rl -/вх2г2. Обозначим /вх1=/вх -/р/2; Увх2=7=/вх + /р/2. Тогда AU=hx{Rr2 - -/?г1) + /р(г2 + /?г.)/2.- . в современных ОУ во входном ДУ применяются чаще всего биполярные транзисторы, работающие в микрорежиме. Полевые транзисторы используются реже, так как они имеют значительно большие значения f/cM и его дрейфа по сравнению с ДУ на биполярных .транзисторах. Это объясняется в первую очередь большим разбросом напряжений исток - затвор в полевых транзисторах, который достигает десятых долей вольта. Однако в ОУ на полевых транзисторах входной ток значительно меньше, чем в ОУ на биполярных транзисторах. Входные токи ОУ на биполярных транзисторах и их температурные зависимости в основном определяются коэффициентом передачи базового тока и его температурным дрейфом: /вх~/г/2/г21э; /р»/ех(А/г21э г21э); dh./dTiv-{йЫ1э/(1Т)1в.Н21э\ dl/dTidhixs/ dT)Iph2i3, где Afeia - технологический разброс feia. Температурная 5йвисимость обусловлена изменением времени жизни неосновных носителей в базе. Зависимость feia от температуры можно аппроксимировать двумя прямыми в диапазоне отрицательных и положительных температур. Благодаря этому запись и расчет температурных дрейфов входных токов упрощаются: dIex/dT=CIexX Х{Т=25° С); dIp/dT=CIp{T=25° С), гле Г= I -0.005%/°С при Т> I -0,15%/°С при Г<2 25° С; 25° С. В ОУ с полевыми транзисторами на входе токи на несколько порядков меньше, однако их зависимость от температуры гораздо сильнее.. В ОУ используются обычно полевые транзисторы с р-п, переходом, ток затвора которых определяется в основном токами утечки через обратносмещенные переходы. Этот ток для кремниевых транзисторов обусловлен термогенерацией в зоне пространственного заряда, пропорционального объему этой зоны, который, в свою очередь, пропорционален корню квадратному от запирающего напряжения. Входной ток определяется из выражения /вх = /с.ио V( f3.c + f/з.н) /2 и си, где /с.ио - ток затвора, измеряемый в режиме короткого замыкания между стоком и истоком при некотором напряжении (Jew Для идентичных полевых транзисторов в ДУ разностный входной ток будет определяться рассогласованием величин /с.ио, а входные токи ОУ с полевыми транзисторами на входе удваиваются на каждые 6° С, реально же на каждые 10° С /в,(Г)=/в,(Г 25° С)2<-=°*/°. Подобную зависимость от температуры имеет и разностный ток. Уменьшение входного тока при низкой температуре обычно меньше ожидаемого из-за тока утечки по корпусу микросхемы. Несмотря на то, что при высоких температурах входные токи в ОУ с полевыми транзисторами на входе достигают значительной величины, они все же меньше, чем у большинства ОУ на биполярных транзисторах. Некоторые преимущества имеют только ОУ (например, К140УД6 и К140УД14) с супербета транзисторами на входе (биполярные транзисторы с feiat 10), когда требуется высокая стабильность выходного тока в широком диапазоне температуры. Предел чувствительности к малым сигналам определяют шумовые параметры ОУ. Шумы относятся к самым сложным и трудноуправляемым явлениям, и можно считать, что достижимое уменьшение- уровня шумов демонстрирует инженерное мастерство разработчика электронной аппаратуры, подобно тому как относительный уровень собственных шумов ОУ характеризует совершенство технологии их производства. Снижение влияния шумов ОУ требует не только применения специальных малошумящих приборов, но и знания характера шумовых процессов, так как уровень шумов ОУ сильно зависит от сопротивления источника сигнала, частоты, напряжения, входного тока, температуры. В ОУ, как и в любом другом электронном приборе, генерируются внутренние электрические шумы, которые в отличие от различного рода помех и наводок не могут быть устранены полностью. Шумы возникают вследствие теплового движения электронов и дискретной природы электричества; они отличаются полным отсутствием регулярности во времени, т. е. являются хаотическими. Однако средняя мощность шумов и средняя плотность распределения мощности по спектру частот (спектральная плотность) обычно являются вполне определенными величинами. При проектировании усилителей низких частот одним из наибо-*лее важных параметров ОУ является приведенное ко входу значение шумового напряжения, В общем случае шумовые свойства ОУ могут быть отображены входными генераторами напряжения Сщ и тока гш, действие которых эквивалентно ЭДС шума еш.э = = V+mr, где /?г - внутреннее сопротивление источника сигналов. Среднеквадратическое значение приведенного ко входу усилителя шумового напряжения ещ.вх в единичной полосе частот равно еш.вх= Уёш--Гш+4йГ/?г, где последнее слагаемое представляет собой спектральную плотность теплового шума резистора R; k - постоянная Больцмана; Т - абсолютная температура. Из этого выражения видно, что для определения спектральной плотности ОУ достаточно произвести измерения при Rr = 0. Спектральную плотность 1ш усилителя можно определить, измерив напряжение еш.вх при большом значении R (как правило, при /?г>100 кОм). ; Низкочастотный шум (типа \/\) преобладает у всех ОУ в обла-сти частот до 1 кГц. Исключение составляет лишь усилитель типа К140УД7, шумовое напряжение которого слабо зависит от частоты, что указывает на низкий уровень избыточного шума. Это можно объяснить тем, что основная доля низкочастотных шумов опреде- 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 |