i разд. M.t.z и приложениях 1 и 2.

ШнОм

0-SOOkOm

о-у операцноиного усилителя также приложения 1 и 2)

. c .st-s t

3. Проделайте настройку нуля выходного напряжения в соответствии с процедурой, приведенной в разд. 9.7.3.

9.7.2. Схемы балансировки напряжения сдвига. Можно спроектировать достаточно сложную цепь резистивного делителя, которая давала бы небольшое напряжение на входы (-) или ( + ) с возможностью изменения величины этого напряжения, что компенсировало бы влияние как входных токов смещения, так и входного напряжения сдвига. Однако эти дополнительные элементы намного увеличивают стоимость и объем схемы. Гораздо лучше обратиться за справкой к изготовителю ОУ. В спецификации на и.мею-щейся у вас ОУ уже содержится рекомендованная схема балансировки напряжения сдвига. Специалисты уже спроектировали схему для минимизации ошибок сдвига, требующую от пользователя минимальных затрат (см. приложения 1 и 2).

На рис. 9.9 представлены некоторые типичные схемы настройки нуля вы.чодного напряжения. На схеме рис. 9.9, о между зажимом + U источника питания и выводом ОУ подстройка включен один переменный резистор. В комплекте с недорогим ОУ изготовитель может поставлять металлопленочный резистор, подобранный специально для данного экземпляра усилителя. На рис. 9.9, б между зажимами, называемыми выводами баланс нуля , включен потенциометр 10 кОм. Более сложные схемы настройки нуля показаны на рис. 9.9, в и г. Обратите внимание на то, что изготовители показывают только резисторы компенсации напряжения сдвига. Они предполагают, что последовательно с входом ( + ) будет установлен резистор компенсации токов смещения.

9.7.3. Методика настройки нуля выходного напряжения.

1. Соберите схему. Включите в нее резистор компенсации токов (разд. 9.4.3) и схему балансировки напряжения сдвига (разд. 9.7.2).

2. Уменьшите до нуля сигналы всех генераторов. Если это невозможно, замените их резисторами с сопротивлениями, равными их внутренним сопротивлениям. Такая замена не нужна в случае, если внутренние сопротивления генераторов пренебрежимо малы (т. е. составляют не более 1%) по сравнению с любым из последовательно включенных с генератором резисторов Rbx-

3. Подключите нагрузку к выходному зажиму.

4. Включите питание и подождите несколько минут, пока установится режим.

5. Подключите вольтметр постоянного тока или осциллограф (с открытым входом, т. е. входом по постоянному току) к нагрузке для измерения Ubmx. (Чувствительность прибора должна быть такой, чтобы можно было обнаружить напряжение в несколько милливольт.)

6. Подкручивайте подстроечный потенциометр балансировки сдвига до тех пор, пока прибор не покажет {7вых = 0 В; этим компенсируются ошибки в выходном напряжении как от входного напряжения сдвига, так и от входного тока сдвига.

7. Восстановите цепи источников сигналов и больше не трогайте резистор подстройки нуля сдвига.

9.8. Дрейф

В этой главе было показано, что составляющие ошибки по постоянному току в С/вых можно минимизировать, включив последовательно с входом ( + ) резистор компенсации токов и подстраивая резистор регулировки напряжения сдвига. Необходимо подчеркнуть тот факт, что настройка нуля сохраняется только при той температуре, при которой она производилась, и в течение определенного промежутка времени.

Ток и напряжение сдвига с течением времени изменяются из-за старения элементов схемы. Они будут измениться также при изменении температуры. Кроме того, токи смещения, а следовательно, и ток сдвига изменяются при изменении напряжения питания. Применяя стабилизированный источник питания, можно свести на нет изменение выходного напряжения, вызываемое колебаниями напряжений питания. Однако температурные колебания сдвигов можно свести к минимуму только в двух случаях: 1) если мы будем поддерживать неизменной температуру среды, окружающей схему, и 2) если мы подберем ОУ, у которого ток и напряжение сдвига изменяются очень мало при изменении температуры.

Температурные изменения тока и напряжения сдвига выражают понятием дрейф. Дрейф тока сдвига дается обычно в специ-фцкациях в нА/°С (наноамперы на градус Цельсия), а для напряжения сдвига - в мкВ/°С (микровольты на градус Цельсия). Дрейф при разных значениях температуры может иметь различную величину и даже знак; например, при низких температурах может быть дрейф С/вх.сдв = +20 мкВГС (увеличивается с ростом температуры), а при высоких температурах С/вх. сдв может изменяться на -10 мк13/°С (уменьшаться с ростом температуры). Поэтому изготовители могут оговаривать в спецификации на ОУ либо среднее, либо максимальное значение дрейфа з определенном температурном диапазоне. Еще лучше, если есть график температурной зависимости дрейфа. Приведенный ниже пример показывает, как вычисляется влияние дрейфа на выходное напряжение.

Пример 9.6. ОУ 301 в схеме на рис. 9.10 имеет следующие параметры, характеризующие дрейф. При изменении температуры от 25 до 75 С ток /вх.сдв изменяется не более чем на 0,3 нА/°С, а напряжение Свх.сдв - не бо.гее чем иа

10 мкВГС. Предположим, что С/вых было настроено на нуль при 25 С, после че-,., окружающая температура возросла до 75 С. Определить максимальную .шпбку, вносимую при этом в выходное напряжение дрейфом а) t/вх.сдв и

) /ц.\ сдв-

Решение, а) Напряжение Свх.сдв будет изменяться не более чем на ±J.(75 25)<C = ±1.5мB.

--аз-

rfSB

ЮкОм

t OS МОм SJMOm

-fSB Рис. 9.10. Схема к примеру 9.6.

В соответствии с (9.4) изменение Свых из-за колебаний С/вх.сдс составит 1,5мВ1---) = 1.5мВ.101 й 150 мВ.

б) Ток /вх.сдв будет максимально изменяться на

±-.50°С=±15 нА.

Из соотношений на рис. 9.5, б следует, что изменение С/вых из-за изменений /вхсдв составляет ±15 нА-?о.с=±15 нЛ-1 МОм=±15 мВ.

Изменения в С/вь,х, вызванные С/вх.сдв и /вх.сдв, могут либо складываться друг с другом, либо вычитаться. Поэтому в наихудшем случае изменения (Твых МОГУТ составить либо 4-165, либо -165 мВ относительно нулевого значения при 25 С.

:1адачи

9 1 Какие параметры ОУ обычно наиболее сильно влияют на характеристики усилителя а) по постоянному току и б) по переменному току.

9.3. 9.4.

9.5. 9.6.

9.7.

9.8. 9.9.

9.10.

9.11. 9.12.

S.13.

,,--0,2 мкА и /~ = 0,1 мкА, определите а) средний ток смещения!

1си и б) ток сдвига /вх.сдв-

В примере 9.2 1/вых=0,2 В. Найдите Г~.

В примере 9.3 С/вых=0,2 В. Найдите, чему равен

На рнс. 9.3, в ток /,=0,2 мкА- Нзйдитб t/вых-

На рис. 0.5,а /?о. с = /?ч=100 кОм, =0,3 мкА, /ём =0-2 А. Найдите [/вых.

На рис. 9.5,6 i?Bx=25 кОм, i?=12,5 кОм. Найдите [/выл, если /вх.сдв = =0,1 мкА.

На рис. 9.7,6 С/вых=200 мВ. Найдите [/вх.сдв-

На рис. 9.8,0 i?,=/?2=i?3=.R ,c=20 кОм, £1=£2=£з=[/вх.сдв. Найдите а) фактическое значение [/вых и б) [/вых в предположении, что [/вх.сдв=0. Какой величины сопротивление следует включить в схему предыдущей задачи для компенсации токов смещения?

Что нз себя представляет в общих чертах процедура настройки нуля ОУ? Напряжение [/вх.сдв изменяется иа ±1 мВ (рис. 9.10) при изменении температуры на 50 °С. Чему равно изменение и ых, вызванное таким изменением [/вх.сдв?

Гок /вх.сдв изменяется па ±20 нЛ (рис. 9.10) при изменении температуры а 50 °С. Чему равно результирующее изменение [/вых?

ПОЛОСА ПРОПУСКАНИЯ, СКОРОСТЬ НАРАСТАНИЯ, ШУМЫ И ЧАСТОТНАЯ КОРРЕКЦИЯ

10.0. Введение

И том случае, когда ОУ используется в схеме, усиливающей I Ml палы только переменного тока, следует различать, какой ве-.1М1Ы переменные напряжения будут на выхо.це - малой (с ам-п.ттудой ниже 1 В) или большой (с амплитудой свыше 1 В). I с-..1и на выходе присутствуют только малые сигналы переменного м.шряжения, то важными параметрами ОУ, ограничивающими его НИ1М0ЖН0СТИ, являются шумы и частотная характеристика. Если мм выходе ожидаются сигналы переменного напряжения большой исшчины, то, будет или нет ОУ вносить искажения в этот сигнал, (шределяется параметром операционного усилителя, который назы-иается максимальной скоростью нарастания.

Токи смещения и напряжение сдвига влияют на характеристику ОУ по постоянному току и обычно при рассмотрении характе-стики по переменному току не учитываются. Это правильно, поскольку обычно в последнем случае в схеме имеется конденсатор i вязи, пропускающий сигналы переменного тока и блокирующий, постоянные токи и напряжения.

10.1. Частотная характеристика ОУ

10.1.1. Внутренняя частотная коррекция. Многие типы операци-чнных усилителей общего и специального назначения имеют внутреннюю (встроенную) коррекцию, т. е. изготовителями в схему таких ОУ включен конденсатор малой емкости, обычно 30 нФ. Такой конденсатор внутренней частотной коррекции предотвращает гене-;ацию ОУ на высоких частотах. Это прои.сходпт за счет уменьшения усиления ОУ с ростом частоты. Если бы коррекция отсутствовала, то коэффициент усиления и сдвиг сигнала по фазе были бы достаточно велики на некоторой высокой частоте, чтобы любой сигнал на выходе, будучи подан обратно на вход, вызывал генерацию (см. приложение 1).

Из основ теории цепей известно, что реактивное сопротивление конденсатора с ростом частоты падает: Хс = 11 {2nfC). Например, если частота увеличивается в 10 раз, емкостное сопротивление в 10 раз уменьшается. Поэтому не удивительно, что при десятикратном увеличении частоты входного сигнала коэффициент усиления

9.2 Если It.