pdf.php@id=6185

Выходное 'Напряжение нуля « Выхо содержит три составляющие: первая (u,bIx0li) обусловлена действием напряжений смещения «'см и «"см, вторая («выхо.г) — действием входных токов неинвер­

выходного напряжения нуля. Это относится и к каждой состав­ ляющей этого напряжения.

Напряжение нуля на выходном полюсе 4 {5)

где знак плюс относится к полюсу 4, а знак минус — к полюсу 5. При определении составляющей выходного напряжения нуля, обусловленной напряжениями « 'CMи «"См, которые могут иметь лю­

где (см. выражения 9 и 10 табл. 1.3)

t f p i ,2->-р(у)4,5 ““ ^1(4±5). 2(2—1)/2 Д 11,2 2 ,

^У1.2-»Р(у)4,5 = Al(4±5). 2(2+1)/^ All ,22.

Ток через нагрузку Унг зависит от разностной составляющей выходного напряжения нуля и не зависит от составляющей сред­ него уровня. Поэтому в таком усилителе основную роль играет разностная составляющая выходного напряжения нуля. Следует также иметь в виду, что рассматриваемый усилитель обычно ра­ ботает на каскад, -предназначенный для усиления разностного сигнала и не пропускающий сигнал среднего уровня (см. схему рис. 4.6). Все это позволяет, как правило, ограничиться определе­ нием только разностной составляющей выходного напряжения нуля.

Найдем коэффициенты -передачи /СР1,2-н>4,5 *и Kyi,2-»-p4,5. Примем У'вых. = Уи = Ун = 0 и У/вых = о'=оо. Тогда проводимости У'2 и У"2 не будут -влиять на коэффициенты передачи и при их определении можно эти проводимости закоротить (рис. 4.4,6); получим гсреобра-

161

заванную матрицу (ом. матрицу на рис. 2.1,(9 при о'= 0, табл. 2.1 и правило 10 преобразования матриц)

A l l . 22 —

(Rp + R \ ) (Rp + £ j)

Mi Из (flj + Я ? ) _____

Аналогично можно найти коэффициенты передачи /Cyi,2-*y4,s «

^Ср1,2->-у4,5*

Определим составляющие выходного напряжения нуля Uвыхо.г. вызванные входными токами неинвертирующих входов i'DX.Hи i"bX.u.

162

п ол учаем

(4.26) .

(4.27)

(4.28)

(4.29)

Из четырех коэффициентов передачи, входящих в выражения (4.24)— (4.29), наибольшее значение имеет Kpi,2->P4,5. Коэффици­ енты передачи /(yi,2-»-p4,s и КР1,2-»-у4,5 зависят от разбалансов левой и правой частей усилителя. В отсутствие разбалансов они равны нулю. Коэффициент передачи Kyi,2-*-y4,5 при Уо = 0 равен единице.

Наибольшее абсолютное значение иСм.Р получается при проти­

среднего уровня напряжения смещения «см.у. Можно считать, что

Последний член в выражениях (4.30) и (4.31) играет роль только при .малых значениях У*-.

Разброс токов ,неинвертирующих AiBx.n (инвертирующих AI'BX.H) полюсов операционных усилителей, если они изготовляются в еди­ ном технологическом цикле, не превышает единиц процентов от их среднего значения.

В полученных выражениях (4.24)— (4.31) напряжение смеще­ ния К е м и разность входных токов A I' B X . H ( А ^ в х . и ) могут иметь как положительный, так и отрицательный знак. Поэтому при опреде­ лении интересующего нас наибольшего абсолютного значения сме­ щения нуля или его температурного дрейфа следует брать « см и AIBX.H(А/вх.и) с теми знаками, при которых определяемый параметр получается наибольшим.

Пример. 4.2. Рассчитаем тепловой дрейф разностной составляющей вы­

о“вых ор

164

П р и |AI = P 2 = ° 0

Наибольшее значение результирующего выходного «напряжения нуля получается при uCMi= —«см2= исм. Тогда

Максимальный температурный дрейф выходного напряжения ну­ ля такого преобразователя, обусловленный «напряжением смеще­ ния ОУ,

Ток через 'нагрузку, вызванный максимальным выходным на­ пряжением нуля,

1*нг о макс = Квых о Рга.макс//?нг = 2 {R i Т“ R FI) KCM/ ^ I Я 3>

а его температурный дрейф

4.1.3. ЦЕПИ НА ТРЕХ ОУ

На рис. 4.6 представлена схема усилителя на трех ОУ, со­ держащего два каскада: первый (входной) — ;на ОУ1 и ОУ2 с входными полюсами / и 2 и выходными полюсами 4 и 5, второй (выходной) — на ОУЗ с входными полюсами 4 и 5 и выходным полюсом 6 . Второй каскад аналогичен усилителю, схема которого

и ' " в ы х о и его температурный дрейф S T вых °, вызванные напряже­ нием смещения, средним входным током и разностью входных то-

166

<>^выхорвз

Рис. 4.6. Схема дифференциального усилителя на трех ОУ

ков ОУЗ, можно определить по выражениям (4.7) и (4.8) при со­ ответствующей замене параметров. Тогда

Д ля определения выходного .напряжения нуля (температурного дрейфа нуля) .всего усилителя мВых о рез (5"вых0рез) следует к выход­ ному напряжению нуля (дрейфу), обусловленному вторым .каска­

усиливается им, причем усиливается только разностная составляю­ щая выходного напряжения нуля (дрейфа) первого каскада, а его составляющая среднего уровня при сбалансированном втором кас­ каде подавляется и на выход не проходит. Поэтому результирую­ щее выходное напряжение нуля ивыхо рез (результирующий дрейф

S “DUX0 реэ) усилителя можно определить как сумму выходного на­ пряжения нуля (дрейфа) второго каскада и усиленной им разност­

167

Первый каскад аналогичен усилителю, вредставленному на рис. 4.4,а, если в последнем принять Уо = 0, Унг=0, a Y'h и Y"k оп­ ределить как входные проводимости второго каскада для разност­ ного сигнала. Следовательно, при малых разбалансах разностную

[см. (4.22)] не зависит от У'л, У"к и Унг, так как выходные проводимости операционных усилителей приняты равными бесконеч­

ности.

Таким образом, при малых разбалансах и при -бесконечно боль­ шой выходной проводимости операционных усилителей для выход­ ного напряжения нуля и его температурного дрейфа можно напи­ сать;

Пример 4.3. Рассчитаем выходное напряжение нуля и его температурный дрейф для дифференциального усилителя на трех ОУ (рис. 4.6). Исходные дан­

= 110. Следовательно, приведенные ко входу иапряжение нуля и его темпера­ турный дрейф

«вх0Ре8= 1,18/110= 10,7 мВ, S“ BI° pe3 = 9,74/110 мВ/°С = 88 мкВ/°С.

168

4.2. ШУМЫ В ЦЕПЯХ С ОПЕРАЦИОННЫМИ УСИЛИТЕЛЯМИ

В целях с операционными усилителями имеются шумы, вно­ симые самими ОУ, а также шумы от активных составляющих со­ противлений обратных связей, источников возбуждения, нагрузок и других сопротивлений. Полюсы, к которым приложены источ­ ники шумов ит, как правило, не совпадают с полюсами, к которым подводятся источники сигналов мг. Вследствие этого обратные свя­ зи, всегда имеющиеся в цепях с ОУ, по-разному влияют на полез­ ный сигнал и на шум. Все это затрудняет определение основного шумового параметра цепи — приведенного ко входу действующе­ го значения напряжения шума пш.вх=Пш.вых/|/Со|, где пш.вых — действующее значение .напряжения шума на выходе цепи; |/Со|— модуль номинального коэффициента передачи сигнала, отклоне­ ния от которого считаются искажениями. Ниже рассмотрена ме­ тодика определения мш.вх в линейных цепях с ОУ, содержащих ряд источников шумов и цепей обратной связи, анализируется шум ряда цепей с ОУ [15].

Для определения приведенного ко входу напряжения шума Ыш.вх следует найти выходное напряжение шума и номинальный коэффициент передачи сигнала. Квадрат действующего значения напряжения шума на выходе равен сумме квадратов действую­ щих значений выходных напряжений шумов, вызванных отдельны­ ми некоррелированными источниками шумов:

Рассматривая полюсы, к которым присоединены источники шу­ мов или сигналов, как входные, сводим .задачу к определению мо­ дулей коэффициентов передачи напряжения всех этих источников. Если сигнал и шум подводятся к одиночному входу, их коэффици­ енты передачи совпадают, если к дифференциальному — не сов­ падают. Для шума дифференциальный вход следует рассматривать как два самостоятельных одиночных входа.

Применим такой подход к цепи с отрицательной и положитель­ ной обратными связями (рис. 4.1,а). Проводимости У] и У2 вклю­ чают внутренние проводимости источников возбуждения иТ\и и?2.

Шумовые свойства ОУ моделируются эквивалентными некор­ релированными генераторами входного напряжения шума иш.оу со спектральной плотностью е ш. оу и входными шумовыми токами инвертирующего /ш.и и -неинвертирующего 1Ш.Нвходов со спектраль­ ной плотностью 1ш.и и г’ш.к. Активные составляющие Ra{f) комп­ лексных сопротивлений создают шум, квадрат действующего зна-

и /<сЮ 12 Гц равным единице. Если окружающая температура рав­ на 300 К, то множитель 4kT= 16,44* 10-12.

169'

Рассматриваемая цепь со ©семи источниками шумов показана на ряс. 4.7,а. При определении ит.вых считаем мГ1 = пГ2 = 0 и парал­ лельно включенные проводимости У'2 и Y" 2 (рис. 4.1,а) заменяем одной проводимостью Y2 — Y/2 + Y"2 с одним генератором тепловых шумов иШ2. Генераторы шумовых токов £ш.и и £ш.н, включенные па­ раллельно проводимостям 7i и" У2, заменяем генераторами шумо­ вых напряжений иш»и=£ш.и|2 1 |и ишгк=1'ш.н|^2|, включенными по­ следовательно с этими проводимостями. Тогда цепь примет вид, изображенный на рис. 4.7,6, где й2ш.э1= й2ш1 + ^2шг и и и2ш.Э2=

—М2ш2 и2шi н-

Цепь рис. 4.7,6 имеет .шесть 'источников шумов и девять полю­ сов. Полюсы 1, 2 и 9 — одиночные входы, к которым подводятся ИСТОЧНИКИ Ш.умозого напряжения иш.э1, Пш.92 и Мш.нг. Полюсы 4 и 6 , 6 и 7, 5 и 8 являются одиночными входами 2-го типа, к которым подводятся источники шумового напряжения иш.оу> ишр и ишз. По­ лезный сигнал подводится и полюсам 1 и 2. Если цепь работает как дифференциальный усилитель, то полюсы по отношению к сиг­ налу образуют дифференциальный вход. Если цепь работает как инвертирующий (неинвертирующий) усилитель, то полюс 2 (1 ) следует соединить с базисным полюсом, а полюс 1 (2 ) рассматри­ вать как одиночный вход. Во всех случаях цепи рис. 4.7,а и 6 имеют одиночный выход на полюсе 3.

Коэффициенты передачи напряжений источников шумов цепи

Индексы в коэффициентах передачи, матрицах и определите­ лях соответствуют номерам полюсов цепей рис. 4.7. Порядковые номера строк и столбцов не указываются.

Для упрощения анализа примем выходную проводимость ОУ и его коэффициент 'ослабления синфазного сигнала а' равными бесконечности.

Определители знаменателей всех коэффициентов передачи на­ ходим при закороченных генераторах источников напряжения шу­ мов цепи рис. 4.7,а. Следовательно, они равны, а преобразованная

170