Компенсация оу

СПОСОБЫ КОМПЕНСАЦИИ НАЧАЛЬНОГО СМЕЩЕНИЯ ВХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ в устройствах на микросхемах

Большим и конструктивно малоустранимым недостатком ОУ является наличие на их входе начального смещения. Это смещение можно не учитывать при построении усилителей переменного тока на основе ОУ, поскольку в них обычно используют разделительные конденсаторы. При построении усилителей постоянного тока приходится считаться с необходимостью компенсации постоянного смещения на входе ОУ. Это напряжение не отличается стабильностью и может меняться при изменении температуры, времени работы и в силу иных причин.

Рис. 4.2. Вариант схемы компенсации начального смещения

Рис. 4.7. Схема компенсации начального смещения на входе ОУ

Некоторые схемные решения, предназначенные для решения проблемы компенсации начального смещения на входе (входах) ОУ, приведены ниже. Простейшая схема (рис. 4.1) состоит из регулирующего потенциометра R3. Резистор R1 предназначен для снижения влияния регулирующего элемента — потенциометра R3 на входное сопротивление усилителя. Резисторы R2 и R4 обеспечивают «растяжку» диапазона регулирования, более плавный и точный характер регулировки.

Ориентировочные номиналы элементов схем: потенциометр R3 — ед…. сотни килоом, R1 — на два порядка или более выше номиналов резисторов, подключенных к входу ОУ; R2=R4 — на порядок выше номинала R3.

Вариант схемы компенсации начального смещения на основе резистивных делителей (рис. 4.2) позволяет обеспечить плавную регулировку напряжения. Для реализации схемы обычно R2=R4»(R3«R5=R6). Например, R2=R4=33 кОм; R3=200 Ом; R5=R6=27 Ом, Rl=10 кОм. Это позволяет регулировать напряжение смещения в пределах ±10 мВ при типовых напряжениях питания ОУ ±12,6 В.

Рис. 4.6. Вариант схемы регулировки напряжения смещения

Компенсатор смещения нуля ОУ, рис. 4.3 (верх), позволяет плавно регулировать напряжение на входе операционного усилителя в пределах от +150 до -150 мВ. Сузить эти пределы в 3 раза можно за счет увеличения номинала резистора R3 до 3 МОм, либо снижения номинала резистора R2 до 3,0—3,3 кОм. Третий вариант — замена потенциометра R6 цепочкой равновеликих сопротивлений R5=R6=R7, рис. 4.3 (низ).

Еще один вариант схемы компенсации начального смещения ОУ, рис. 4.4, использует для стабилизации напряжения смещения два прямосмещенных диода VD1 и VD2. Развитием этой идеи служит следующая схема, рис. 4.5. Для дополнительного повышения стабильности напряжения смещения использованы генераторы стабильных токов (ГСТ)У в качестве которых можно в простейшем случае использовать высокоомные резисторы.

Простые ГСТ рассмотрены также в книге [4.1, 4.2]. Схема, рис. 4.5, за счет параллельного включения нескольких регулирующих элементов R2j—R2n позволяет компенсировать независимо друг от друга начальные напряжения смещения нескольких ОУ

Отмечу, что в качестве элементов стабилизации начального смещения могут выступать не только полупроводниковые германиевые или кремниевые диоды или их последовательно включенные цепочки, но и специальные элементы, предназначенные для стабилизации напряжения — стабисторы, стабилитроны, специализированные микросхемы, рис. 4.6.

Другие способы компенсации более подробно изложены в монографии [4.3].

Шустов М. А., Схемотехника. 500 устройств на аналоговых микросхемах. — СПб.: Наука и Техника, 2013. —352 с.

Основные схемы включения ОУ

Широкое практическое использование ОУ в аналоговых схемах основывается главным образом на применении в них различного рода внешних ОС, чему способствует большое значение коэффициента усиления Коу, а также высокое входное и малое выходное сопротивление ОУ. Высокие качества параметров современных интегральных ОУ позволяют без внесения заметной погрешности при расчете схем на ОУ принимать Кuоу , КIоу и Rвх.оу .

Основными схемами на ОУ являются инвертирующий и неинвертирующий усилители, режим работы которых осуществляется в пределах линейного участка передаточной характеристики. Также весьма важны схемы компенсации напряжения сдвига .

Неинвертирующий усилитель на ОУ

Неинвертирующий усилитель изображен на (рис. 1.11).

Рис. 1.11

Данная схема позволяет использовать в качестве неинвертирующего усилителя ОУ, схема обладает высоким полным входным сопротивлением, причем коэффициент усиления всей схемы по напряжению может быть жестко задан с помощью сопротивлений R1 и Rос.

В данной схеме входной сигнал подается на неинвертирующий вход ОУ.

Усилитель содержит последовательную отрицательную обратную связь по напряжению, создаваемую на резисторе Rос и поданную на инвертирующий вход.

Полное входное сопротивление всей схемы оказывается высоким, так как единственным путем для тока между входом и землей является высокое полное входное сопротивление ОУ.

Сопротивления R1 и Rос образуют делитель напряжения с очень малой нагрузкой, так как ток, необходимый для управления усилителем, очень мал ( Iсм >> 0 ).

Поэтому через R1 и Rос течет одинаковый ток и напряжение, приложенное к инвертирующему входу, равно:

Так как IR1 = IRос , Rвх , имеем

Так как Uвых = KUq и Uq = Uвых / K, то если K , Uq >>0, можно написать Uвх / R1 = (Uвых — Uвх) / Rос

Найдем отсюда коэффициент усиления схемы Uвых / Uвх , который называют коэффициентом усиления с замкнутой ОС (Kос), или коэффициентом усиления замкнутого усилителя, т.е.

Сопротивления R1 + Rос следует выбирать так, чтобы общий ток нагрузки с учетом этого сопротивления не превышал максимального выходного тока усиления.

Инвертирующий усилитель

Инвертирующий усилитель изображен на (рис. 1.12)

Рис. 1.12

Входной и выходной сигналы инвертирующего усилителя сдвинуты по фазе на 180°. Изменение знака выходного сигнала относительно входного создается введением по инвертирующему входу ОУ с помощью резистора Rос параллельной обратной связи по напряжению. Неинвертирующий вход связан с общей точкой входа и выхода схемы (заземляется). Входной сигнал подается через резистор R1 на инвертирующий вход ОУ.

Благодаря высокому коэффициенту усиления усилителя без ОС для изменения выходного напряжения усилителя во всем рабочем диапазоне достаточно весьма малого значения Uз (обычно Uвых.max > 0.

Таким образом, R1 и Rос действует как делитель напряжения между Uвых и Uвх и Uвых / Uвх = Rос / R1.

Точка А называется потенциально заземленной, поскольку потенциал почти равен потенциалу Земли,так как Uq >> 0.

Если принять Rвх.оу и входной ток ОУ Iоу = 0, то

Полагая,что Uq >> 0 и К , запишем

Таким образом, коэффициент усиления инвертирующего каскада ОУ зависит только от параметров внешней цепи и не зависит от коэффициента усиления самого ОУ. Обычно R1 выбирается так, чтобы не нагружать источник напряжения Uвх, а Rос должно быть достаточно большим, чтобы чрезмерно не нагружать операционный усилитель.

Если выбрать Rос = R1, когда Кuос = — 1, то схема (рис. 1.12) получит свойства инвертирующего повторителя напряжения(инвертор сигнала).

Поскольку Uq 0, входное сопротивление схемы Rвх = R1, выходное сопротивление усилителя:

При Кu,оу , Rвых 0.

Внешняя компенсация сдвига.

Некоторые усилители имеют встроенные регулировочные элементы для устранения сдвига. В усилителях, которые не имеют внутренних средств для устранения нуля Uсдв, приходится добавлять внешнюю резисторную цепь для компенсации напряжения сдвига.

В схеме на (рис. 1.13), хотя Iсм и невелик, но он все же существует и, если даже Uсдв равно нулю, Iсм, протекая через параллельное соединение сопротивлений R1 и Rос, вызовет появление на выходе напряжения Uсдв.вых (Iсм), равного Iсм(R1 || Rос).

Поскольку ток смещения неинвертирующего входа Iсм2 (рис. 1.14) приблизительно равен току смещения, протекающему через инвертирующий вход (Iсм1), то, подключив в цепь неинвертирующего входа сопротивление Rк, равное R1 || Rос, получим напряжение, возникающее на Rк, приблизительно равное напряжению смещения по инвертирующему входу от Iсм1 (R1 || Rос).

Рис. 1.13

Рис. 1.14

Для компенсации Uсдв, вызванного небалансом Uбэ, следует установить делитель, с помощью которого можно было бы компенсировать даже Uсдв.max, не изменяя коэффициент передачи цепи обратной связи.

Схема установки нуля напряжения сдвига (потенциометр Rп) показана на (рис. 1.15).

Рис. 1.15

В этой схеме R3 + R2 = Rк — это условие компенсации напряжения сдвига выхода, вызванного токами смещения. Сопротивление R4 выбирается так, чтобы параллельное соединение R3 и R4, было примерно равно R3. Это означает, что R3 выбирается малым, а R4 — большим. Диапазон регулировки напряжения сдвига приблизительно равен ± U R3/R4, так как R4>>R3. Потенциометр Rп должен иметь достаточно большое сопротивление, чтобы не нагружать источник питания, но вместе с тем, ток через потенциометр должен быть по крайней мере в 20 — 40 раз больше Iсм, так как R3 и R4 образуют делитель напряжения.

Смотрите так же:  Золотая осень пенсия

Компенсация Uсдв в неинвертирующем усилителе осуществляется аналогично, однако делитель напряжения устанавливается в цепи ОС, так что очень важно, чтобы R4 было много больше R3 (рис. 1.16).

Рис. 1.16

Заметим, что R1 = R3 + R5, и эта сумма используется в выражении для определения коэффициента усиления усилителя с ОС. Сопротивления Rп и R4 выбираются точно так же, как и для инвертирующего усилителя.

Или войдите с помощью этих сервисов

  • Новые темы форума
  • Вся активность
  • Главная
  • Аудио
  • Для начинающих
  • Компенсация Оу С Опережением И Задержкой.

Автор pryanic , 23 декабря, 2013

1 сообщение в этой теме

Создайте аккаунт или войдите в него для комментирования

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать аккаунт

Зарегистрируйтесь для получения аккаунта. Это просто!

Уже зарегистрированы? Войдите здесь.

Похожие публикации

Добрый %время суток%!
Понадобилось соорудить повторитель для релейного регулятора громкости. Поглядел немного инфы. Решил не занудствовать особо и сделать на ОУ в инвертирующем включении с однотактным буфером на транзисторах. В итоге получилась такая незатейливая схема:

Номиналы пока на глаз. Кидайтесь помидорами.

Компенсация напряжения смещения ОУ;

Практически напряжение смещения Uсмкомпенсируется либо балансировкой входного каскада ОУ (для этих целей в ОУ имеются специальные выводы), либо включением компенсирующего напряжения на один из входов ОУ. При изменении температуры появляется дополнительная составляющая напряжения смещения , где коэффициент влияния температуры на Uсм. Вследствие прогрева кристалла микросхемы или при быстром изменении температуры напряжение смещения может претерпевать значительные изменения. В зависимости от размеров кристалла переходной процесс в воздухе устанавливается в течение 1—500 мкс (при включении питания). Быстрое изменение нагрузки также приводит к неравномерному нагреву кристалла.

Характер изменения Uсмво времени при включении питания (медленный прогрев) и скачкообразном изменении температуры или нагрузки показан на рис. 1.2.1.

Компенсация Uсм с помощью балансировки входного каскада ОУ приводит к дополнительной погрешности от температурного дрейфа. Так, если с помощью переменного резистора, подключенного к специальным выводам ОУ, сбалансирован первый (входной) каскад, то температурный дрейф напряжения смещения увеличится по сравнению с исходным температурным дрейфом примерно на величину где Uсмвеличина скомпенсированного напряжения смещения, мВ. Эта формула справедлива для дифференциальных входных каскадов ОУ, в эмиттерных цепях которых отсутствуют резисторы. Если имеются такие резисторы, то этот температурный дрейф уменьшается пропорционально отношению полного сопротивления эмиттерной цепи к динамическому сопротивлению эмиттера. Для дифференциальных каскадов ОУ, построенных на полевых транзисторах, увеличение температурного дрейфа примерно такое же, как и для каскадов с биполярными транзисторами (примерно 3 мкВ/°С), однако напряжение смещения у ОУ с полевыми транзисторами обычно значительно больше.

Компенсация Uсм путем подключения на входе ОУ специальной цепи, формулирующей компенсирующее напряжение, не приводит к дополнительному росту температурного дрейфа. На рис. 1.2.2, а, б и в показаны типовые схемы цепей регулировки напряжения смещения нуля для инвертирующего, неинвертирующего и дифференциального усилителей соответственно. Регулировка напряжения смещения в этих схемах осуществляется введением на соответствующий вход ОУ компенсирующего напряжения.

Расчет компенсирующей цепи осуществляется, исходя из условия обеспечения на резисторе R4 напряжения несколько большего, чем ±Uсм, при этом R4 RЗ. Потенциометр #5 (5—10 кОм) подключается обычно к источникам питания ОУ. Сопротивления резисторов R3 в схемах рис. 1.2.2, б, в необходимо выбирать такой величины, чтобы при изменении R5 коэффициент передачи усилителей изменялся в пределах заданной погрешности.

Рис. 1.2.1. График изменения напряжения смещения нуля ОУ во времени при медленном и скачкообразном прогреве кристалла

Рис. 1.2.2. Схемы регулировки напряжения смещения нуля инвертирующего (а), неинвертирующего (б), дифференциального (в)усилителей и ОУ, имеющего специальные выводы (г)

Для компенсации температурного дрейфа напряжения смещения используется метод термокомпенсации, основанный на идентичности зависимостей температурного дрейфа биполярного ОУ и прямосмещенного p-n-перехода. На рис. 1.2.2, г показана термокомпенсирующая цепь, в которой напряжение на регулирующем потенциометре R1 формируется с помощью перехода база — эмиттер транзистора V1. Ток, протекающий через резистор R2, делится на ток через резистор и ток через V1. Ток, протекающий через RЗ, создает напряжение управления транзистором. Если ток базы V1 много меньше тока через резистор RЗ, то ток коррекции смещения будет равен . Данная схема используется для ОУ, во входном дифференциальном каскаде которого отсутствуют резисторы в эмиттерных цепях. Если такие резисторы имеются, то в эмиттерную цепь транзистора V1 необходимо включить резистор примерно такой же величины, как и в эмиттерных цепях входного каскада ОУ.

В высокоточных повторителях напряжения компенсацию напряжения смещения можно осуществлять с помощью формирования напряжения в цепи ООС. Схема регулировки напряжения смещения нуля в повторителе напряжения показана на рис. 1.2.3. Напряжение компенсации в данной схеме регулируется с помощью потенциометра R1, питание которого осуществляется от стабилитронов V1, V2. Для повышения стабильности V1 и V2 запитаны от источников тока.

Рис. 1.2.3. Схема регулировки напряжения смещения нуля ОУ в повторителе напряжения

Практические аспекты ОУ. Напряжение смещения, ток смещения, дрейф

У реальных операционных усилителей по сравнению с «идеальной» моделью есть некоторые недостатки. Реальное устройство отличается от идеального дифференциального усилителя. У него может быть смещение как у аналогового измерительного устройства, которое не обнуляется. Входы могут потреблять ток. Характеристики могут дрейфовать с возрастом и температурой. Эти недостатки могут привести к незначительным ошибкам в одних приложениях и недопустимым ошибкам в других приложениях. В некоторых случаях эти ошибки могут быть компенсированы. Иногда требуется более высокое качество и более дорогостоящее устройство.

Напряжение смещения

Другой практической проблемой для производительности операционного усилителя является смещение напряжения. То есть влияние наличия выходного напряжения на величину, отличную от нуля, когда два входных вывода закорочены вместе. Помните, что операционные усилители – это, прежде всего, дифференциальные усилители: они должны усиливать разность напряжений между двумя входными выводами и не более того. Когда разность входных напряжений точно равна нулю, мы (в идеале) ожидаем, что на выходе будет точно нулевое напряжение. Однако в реальном мире это случается редко. Даже если рассматриваемый операционный усилитель имеет нулевой коэффициент усиления синфазного сигнала (бесконечный CMRR), выходное напряжение может быть не равным нулю, когда оба входа закорочены вместе. Это отклонение называется смещением выходного уровня операционного усилителя.

Смещение выходного напряжения операционного усилителя

Идеальный операционный усилитель выдает ровно ноль вольт, когда оба входа закорочены вместе и соединены с землей. Тем не менее, большинство стандартных операционных усилителей будут сдвигать свое выходное напряжение в сторону уровня насыщения, либо отрицательного, либо положительного. В приведенном выше примере выходное напряжение насыщается при значении положительных 14,7 вольт, чуть меньше, чем +V (+15 вольт) из-за предела положительного насыщения этого конкретного операционного усилителя. Поскольку смещение приводит выходное напряжение к точке полного насыщения, нельзя сказать, какое смещение напряжения присутствует на выходе. Если раздельный источник питания +V/-V был достаточно высокого напряжения, кто знает, может быть, выходное напряжение составляло бы несколько сотен вольт из-за влияния смещения!

По этой причине напряжение смещения обычно выражается через эквивалентную величину дифференциального входного напряжения, создающего этот эффект. Другими словами, мы предполагаем, что операционный усилитель является идеальным (без смещения вовсе), и небольшое напряжение прикладывается последовательно с одним из входов, чтобы заставить выходное напряжение в ту или иную сторону отойти от нуля. Поскольку дифференциальные коэффициенты усиления операционных усилителей настолько велики, значение «входного напряжения смещения» необязательно должно учитывать то, что мы видим с закороченными входами:

Входное напряжение смещения

Напряжение смещения будет приводить к небольшим ошибкам в любой схеме на операционных усилителях. Итак, как мы компенсируем его? В отличие от синфазного коэффициента усиления, производители обычно предусматривают средства устранения смещения в корпусных операционных усилителях. Обычно два дополнительных вывода на корпусе операционного усилителя зарезервированы для подключения внешнего «подстроечного» потенциометра. Эти выводы обозначаются как смещение нуля и используются следующим обобщенным образом:

Смотрите так же:  Полис осаго дешево спб

Схема смещения нуля операционного усилителя

На одиночных операционных усилителях, таких как 741 и 3130, выводы смещения нуля – это выводы 1 и 5 на 8-выводном DIP корпусе. Другие модели операционных усилителей могут использовать другие выводы для смещения нуля и/или потребовать немного отличающиеся схемы подключения подстроечного потенциометра. Некоторые операционные усилители вообще не предоставляют выводов смещения нуля! Подробности смотрите в технических описаниях от производителей.

Входы операционного усилителя имеют чрезвычайно высокие импедансы. То есть входные токи, поступающие или выходящие из двух входных сигнальных выводов операционного усилителя, чрезвычайно малы. Для большинства целей анализа схем на операционном усилителе мы относимся к ним так, как будто их вообще нет. Мы анализируем схему, как если бы ток, входящий или выходящий из входных выводов, был равен абсолютному нулю.

Однако эта идиллическая картина не совсем верна. Операционные усилители, особенно операционные усилители с биполярными транзисторами на входах, должны пропускать некоторый ток через свои входные выводы, чтобы их внутренние схемы были правильно смещены. Эти токи, логично, называются токами смещения. При определенных условиях токи смещения операционного усилителя могут вызывать проблемы. Следующая схема иллюстрирует одно из этих проблемных условий:

Усиление сигнала с термопары

На первый взгляд мы не видим никаких явных проблем с этой схемой. Термопара, создающая небольшое напряжение, пропорциональное температуре (на самом деле, напряжение пропорционально разнице температур между измерительным переходом и «опорным» переходом, сформированным при соединении проводов сплава термопары с медными проводами, ведущими к операционному усилителю), управляет операционным усилителем либо в положительную, либо в отрицательную сторону. Другими словами, это своего рода схема компаратора, сравнивающая температуру между переходом на конце термопары и опорным переходом (около операционного усилителя). Проблема заключается в следующем: проводная петля, образованная термопарой, не обеспечивает путь для обоих входных токов смещения, поскольку оба тока пытаются идти одним и тем же путем (либо в операционный усилитель, либо из него).

Эта схема компаратора не будет работать

Чтобы эта схема работала должным образом, мы должны соединить с землей один из входных проводов, таким образом обеспечивая путь к (или из) точке земли для обоих токов:

Эта схема компаратора будет работать

Эта проблема необязательно очевидна, но очень реальна!

Входные токи смещения могут вызвать проблемы другим способом: нежелательные падения напряжения на сопротивлениях схемы. Возьмем для примера следующую схему:

Влияние входного тока смещения на работу повторителя напряжения

Мы ожидаем, что схема повторителя напряжения, такая как приведенная выше, точно воспроизводит на выходе входное напряжение. Но что насчет сопротивления последовательно с источником входного напряжения? Если есть какой-либо ток смещения через неинвертирующий (+) вход, он вызовет некоторое падение напряжения на Rвх, таким образом, напряжение на неинвертирующем входе будет не соответствовать фактическому значению Vвх. Токи смещения обычно находятся в диапазоне микроамперов, поэтому падение напряжения на Rвх будет не очень большим. Одним из примеров приложения, где входное сопротивление (Rвх) может быть очень большим, является то, которое имеет электроды pH-пробника, где один электрод содержит ионно-проницаемый стеклянный барьер (очень плохой проводник с сопротивлением в миллионы ом).

Если бы мы на самом деле строили схему на операционном усилителе для измерения напряжения на pH электроде, мы бы, вероятно, захотели использовать операционный усилитель с входами на полевых (FET или MOSFET, IGFET) транзисторах, вместо операционного усилителя с входами на биполярных транзисторах (для уменьшения входного тока смещения). Но даже тогда, могут оставаться небольшие токи смещения, которые могут вызывать ошибки измерений, поэтому мы должны найти какой-то способ уменьшить их с помощью хорошего проектирования.

Один из способов сделать это основан на предположении, что два входных тока смещения будут одинаковыми. В действительности, они часто близки к тому, чтобы быть одинаковыми, разница между ними называется током входного смещения. Если они одинаковы, тогда мы должны иметь возможность убрать влияние падения напряжения на входном сопротивлении, вставив сопротивление равной величины последовательно с другим входом, например:

Устранение влияния падения напряжения на входном сопротивлении

При добавлении в схему дополнительного сопротивления выходное напряжение будет ближе к Vвх, чем раньше, даже если есть некоторое смещение между этими двумя входными токами.

И для схемы инвертирующего усилителя, и для схемы неинвертирующего усилителя компенсирующий резистор помещается последовательно с неинвертирующим (+) входом, чтобы компенсировать падения напряжения в цепи делителя из-за тока смещения.

Установка компенсирующего резистора в схему неинвертирующего усилителя Установка компенсирующего резистора в схему инвертирующего усилителя

В любом случае значение компенсирующего резистора определяется путем вычисления параллельного сопротивления R1 и R2. Почему значение равно параллельному эквиваленту R1 и R2? При использовании теоремы суперпозиции для определения того, насколько большое падение напряжения будет создаваться током смещения инвертирующего (-) входа, мы рассматриваем ток смещения, как если бы он исходил от источника тока внутри ОУ и закорачивал все источники напряжения (Vвх и Vвых). Это дает два параллельных пути для тока смещения (через R1 и через R2, оба на землю). Мы хотим дублировать эффект тока смещения на неинвертирующем (+) входе, поэтому значение резистора, которое мы выбираем для вставки последовательно с этим входом, должно быть равно R1 параллельно с R2.

Связанная с этим проблема, которую иногда испытывают учащиеся при изучении построения схем на операционных усилителях, вызвана отсутствием соединения источника питания с общей землей. Для правильной работы ОУ необходимо, чтобы какой-либо вывод источника питания постоянного напряжения был общим с точкой «земли» входного сигнала(ов). Это обеспечивает полный путь для токов смещения, тока(ов) обратной связи, а также для (выходного) тока нагрузки. Возьмем для примера следующую схему, показывающую источник питания, правильно соединенный с землей:

Отрицательная обратная связь с делителем напряжения на примере модели операционного усилителя

Здесь стрелки обозначают путь протекания токов через батареи источника питания, как для питания внутренних схем операционного усилителя («потенциометр» внутри него, который управляет выходным напряжением), так и для питания петли обратной связи из резисторов R1 и R2. Предположим, что точка земли этого «раздельного» источника питания постоянного напряжения была удалена. Эффект от этого будет огромен:

Отрицательная обратная связь с делителем напряжения на примере модели операционного усилителя. Средняя точка земли у источника питания удалена.
Соединение источника питания с землей обязательно для работы схемы!

Никакие электроны не могут протекать в или из выходного вывода операционного усилителя, потому что путь к источнику питания заканчивается «тупиком». Таким образом, никакие электроны не протекают ни через точку земли слева от R1, ни через петлю обратной связи. Это фактически делает операционный усилитель бесполезным: он не может ни поддерживать ток через петлю обратной связи, ни через соединенную с землей нагрузку, поскольку нет никакого соединения какой-либо точки источника питания с землей.

Токи смещения также останавливаются, поскольку они полагаются на путь к источнику питания и обратно к входному источнику через землю. На следующем рисунке показаны токи смещения (только), когда они проходят через входные выводы операционного усилителя, через выводы баз входных транзисторов и, в конечном счете, через вывод(ы) источника питания и обратно на землю.

Пути протекания входных токов смещения в схеме на операционном усилителе.
Пути протекания токов смещения показаны через источник питания

Без опорной точки земли на источнике питания токи смещения не будут иметь полного пути в схеме, и они будут остановлены. Поскольку биполярные транзисторы являются устройствами, управляемыми током, это также делает бесполезным входной каскад операционного усилителя, так как оба входных транзистора будут вынуждены уйти в режим отсечки из-за полного отсутствия тока базы.

  • Входы операционного усилителя обычно проводят очень малые токи, называемые токами смещения, и необходимые для правильного смещения первого транзисторного усилительного каскада в схеме операционного усилителя. Токи смещения не большие по величине (в диапазоне микроампер), но достаточно большие, чтобы вызывать проблемы в некоторых приложениях.
  • Токи смещения на обоих входах должны иметь пути для протекания к одной из «шин» источника питания или к земле. Недостаточно просто обеспечить проводящий путь от одного входа к другому.
  • Чтобы устранить любые напряжения смещения, вызванные током смещения, протекающим через сопротивления, просто добавьте эквивалентное сопротивление последовательно с другим входом операционного усилителя (так называемое компенсирующее сопротивление). Эта корректирующая мера основана на предположении, что два входных тока смещения будут равны.
  • Любое неравенство между токами смещения в операционном усилителе составляет то, что называется током входного смещения.
  • Для правильной работы операционного усилителя важно, чтобы на каком-либо выводе источника питания была опорная точка земли, чтобы сформировать полные пути для токов смещения, тока обратной связи и тока нагрузки.
Смотрите так же:  Кто имеет право составлять протоколы по ст 1815 коап

Будучи полупроводниковыми устройствами, операционные усилители подвергаются незначительным изменениям в поведении при изменениях рабочей температуры. Любые изменения в производительности ОУ, связанные с температурой, относятся к категории дрейфа операционного усилителя. Параметры дрейфа могут быть указаны для токов смещения, напряжения смещения и т.п.. Для более подробной информации смотрите техническое описание на конкретный операционный усилитель от производителя.

Чтобы свести дрейф операционного усилителя к минимуму, мы можем выбрать операционный усилитель, имеющий минимальный дрейф, и/или мы можем сделать всё возможное, чтобы поддерживать рабочую температуру как можно более стабильной. Последнее действие может включать в себя обеспечение некоторой формы управления температурой для внутренней части оборудования, в которой размещается операционный усилитель(и). Это не так странно, как может показаться на первый взгляд. Известно, что, например, в стандартных лабораторных опорных генераторах точного напряжения иногда используются «печи» (термостаты) для поддержания чувствительных компонентов (таких как стабилитроны) при постоянной температуре. Если требуется высокая точность при обычных факторах стоимости и гибкости, это может быть вариант, на который стоит обратить внимание.

Операционные усилители, будучи полупроводниковыми устройствами, подвержены изменениям температуры. Любые изменения в производительности усилителя, возникающие в результате изменения температуры, известны как дрейф. Дрейф лучше всего минимизировать с помощью управления температурой окружающей среды.

щения и входными токами ОУ Для компенсации смещения обычно вводят

в устройство цепь регулировки нуля ОУ

Установка нуля в 0\ возможна в принципе двумя способами Во-первых, можно подавать на вход ОУ небольшое регулируемое напряжение, которое подбирается из условия компенсации э д с смещения усилителя и напряжения смещения, вызванного входными токами Для получения такого регулируемого напряжения строят резистивные делители постоянного напряжения (обычно напряжения питания ОУ)

Примеры подобных цепей регулировки нуля приведены на рис 2-4 Если на один из входов ОУ не подается подлежащее усилению напряжение, то этот вход может быть присоединен к цепи регулировки нуля, как это показано на рис 2 4, а В этой цепи целесообразно устанавливать Rs

ные токи по обоим входам ОУ (1+ и г на рис 2 2) были рагны то упомяну тое равенство сопротивлений почносью исключало бы смещение нуля от вход ных токов У реальных усилителей юки

Уменьшение входных токов ОУ может быть достигнуто при помощи дополнительного каскада, подключаемого ко входу ОУ и состоящего из пары полевых или биполярных транзисторов. Для того чтобы такой каскад не увеличивал существенно напряжения смещения и дрейфа этого напряжения, необходимо применять сдвоенные транзисторы, выполненные в одном полупроводниковом кристалле. В качестве примеров таких транзисторов можно назвать, например, пару я—р—га-транзисторов К1НТ591, для которых нормируется разность напряжений база—эмиттер (при одинаковых коллекторных токах) на уровне, не превышающем 3—15 мВ Температурный дрейф этой разности составляет 5—50 мкВ/К.

Повторители напряжения на биполярных транзисторах позволяют снизить входные токи в пределе до нескольких единиц или десятков наноампер и увеличить входное сопротивление до 10 МОм и более.

Применение дифференциального входного каскада, выполненного на полевых транзисторах, работающих в режиме усиления или повторения напряжения, позволяет еще больше снизить входные токи (в пределе до нескольких единиц или десятков пикоампер) и повысить входное сопротивление до 109— 10й Ом.

Для построения дополнительного входного каскада может быть использована, например, пара полевых транзисторов К5НТ041. Для этих транзисторов входной ток не превышает 2 нА, разность напряжений затвор—исток двух транзисторов, входящих в пару, составляет менее 30 мВ (при одинаковых токах канала), а дрейф этой разности не превосходит 50 мкВ/К На рис. 2-5, а показан вариант схемы ОУ с дополнительным входным каскадом, выполненным на этих транзисторах.

Отечественная промышленность выпускает также предусилитель постоянного напряжения 1УТ971, выполненный на основе МОП-транзисторов [59]. Этот предусилитель (рис 2-5, б) имеет симметричрыг вход и выход, коэффициент усиления его более 10, коэффициент ослабления синфазного сигнала выше 60 дБ. Он позволяет снизить входные токи ОУ до 0,05 нА и далее прт температурном дрейфе напряжения смещения, не превышающем 50—500 мкВ/К (в зависимости от модификации)

Увеличение коэффициента ослабления синфазного сигнала ОУ можно получить, если обеспечить изменение напряжения питания усилителя в так; с изменением синфазного входного напряжения. На рис. 2-6 показана схема подачи напряжения питания на основной усилитель оу1 с помощью повторителя синфазного напряжения, построенного на усилителе оу2, и выходного каскада, содержащего два стабилитрона и два эмиттерных повторителя (77 и т2). Изменения напряжений питания, подаваемых на усилитель оу1, очевидно, будут полностью повторять изменения его синфазного входного напря жения, равного uBxz-

Уменьшение дрейфа напряжения смещения ОУ может производиться с помощью цепи автоматической коррекции напряжения смещения. Методь построения таких цепей рассмотрены достточно подробно в четвертой главе

Увеличение выходной мощности -ОУ достигается путем дополнения 0> внешним каскадом усиления мощности. На рис. 2-7, а показана схема усили теля, в котором ОУ для повышения выходного тока дополнен двухкаскадньп двухтактным повторителем напряжения, выполненным на транзисторах 77, т2 тз, т4. Цепь, состоящая из диодов д1, д2 и резисторов r4, r5, предназначен. для подачи начального напряжения смещения на транзисторы повторител* напряжения. Дело в том, что существует некоторая «мертвая» зона выходной напряжения ОУ (вблизи нуля), внутри которой закрыты как транзисторы 77 тз, так и транзисторы т2, т4. Это приводит к появлению искажений гыход ного напряжения при его переходе через нуль (искажение типа «ступенька») За счет действия ООС эти искажения практически полностью устраняются на низких частотах. Однако при частотах сигнала порядка единиц килогерц и выше инерционность усилителя мешает контуру ООС корректировать эти искажения и они начинают быть весьма заметными, особенно при малых ам плитудах выходного напряжения Подача напряжения смещения уменьшает мертвую зону и тем самым снижает искажения выходиого сигнала,

Другие публикации:

  • Договор коллективной материальной ответственности повара Юридический Форум Адвоката Студенецкого Материальная ответственность ПОВАРОВ Жуков Роман трибун Зарегистрирован: 01.03.2006Сообщения: 219Откуда: 42 Молодой юрист магистр Зарегистрирован: 09.03.2005Сообщения: 1014Откуда: Нерезиновая МИНИСТЕРСТВО […]
  • Услуги адвоката в нижнем новгороде цены Услуги адвоката в нижнем новгороде цены 2 Гражданские дела 2.1 Составление искового заявления, ходатайства - 3000 руб. 2.2 Полное участие адвоката во всех судебных заседаниях суда первой инстанции - от 10000 руб. 2.3 Составление кассационной жалобы - 3000 […]
  • Hyper-v 2012 r2 требования Системные требования для AD Требования к путям для перемещаемых профилейвозникла идея\необходимость все профили в домене сделать перемещаемыми. Технические требования для развертывания ADDC, WSUS, Exchange, Proxy и т.дВсем доброго времени суток. Постараюсь […]
  • Осаго с ставрополе Адреса и телефоны страховых компаний в городе Ставрополь Есть уточнения? Напишите нам письмо на [email protected] и мы скорректируем информацию Когда Росгосстрах снизит тарифы на ОСАГО? Когда и кому нужны услуги аварийного комиссара? КАСКО от А до Я Калькулятор […]
  • Минимальное пособие на первого ребенка в 2019 Минимальное пособие по уходу за ребенком вырастет на 47 рублей Максимальный размер ежемесячного пособия по уходу за ребенком до 1,5 лет увеличится с 1 января 2019 года почти на 1615,7 рубля и превысит 26 000 рублей. Минимальное пособие по уходу за ребенком […]
  • Судебные приставы омск кировский округ должники Отдел судебных приставов по Кировскому автономному округу г.Омска Омской области Адрес: 644082, Россия, г. Омск, ул. Ялтинская, 47, Время работы: Начальники отделов (НО), судебные приставы-исполнители: вт с 9.00 до 13.00, чтг с 13.00 до 18.00, заместители […]

Вам также может понравиться