Главная Промышленная автоматика.

Полоса пропускания на полной мощности

Поскольку скорость нарастания является наибольшей возможной скоростью изменения выходного напряжения операционного усилителя в условиях большого сигнала, она накладывает ограничение на способность отрабатывать большой сигнал высокочастотных синусоидальных колебаний. Максимальный Наклон синусоида имеет при прохождении через нуль

(Lc = 2- (5.59)

где f - частота, а Ушш - пиковое значение синусоиды.

Подставив вместо (у/с?Омакс скорость нарастания, получим

У пик (макс) =-- (5.60)

Это уравнение дает величину максимальной пиковой амплитуды синусоидального сигнала, который усилитель может выдать без искажений на данной частоте независимо от коэффициента усиления с обратной связью. Подобно скорости нарастания, это напряжение определяется уровнем внутреннего насыщения усилителяи связано с полосой пропускания сигнала (т. е. переходной характеристикой).

Напряжение и ток сдвига и ток смещения

Для изучения влияния напряжения и тока сдвига на характеристику операционного усилителя воспользуемся эквивалентной схемой, представленной на фиг. 5.40. При построении этой эквивалентной схемы мы пренебрегли выходным сопротивлением усилителя и приняли усиление без обратной связи равным А-в. В нашем анализе мы рассматриваем только постоянные токи и напряжения. Следовательно, сигнал Уд есть та часть входного сигнала по постоянному току, которая падает на внутреннем входном сопротивлении /?вх. Три других резистора на схеме являются внешними по отношению к операционному усилителю и применяются для установки усиления с замкнутой обратной связью и минимизации влияния тока смещения /в-Входные ток и напряжение сдвига операционного усилителя представлены соответственно в виде /сдв и Усдв-

Фитчен [9] показал, что входное напряжение можно выразить в виде функции четырех величин Увх. Усдв, /в и /сдв в соответствии с выражением

"вых---i I д

-«±. (5.61)



Величина К равна отношению внешнего сопротивления обратной связи Rf к внешнему входному сопротивлению Ri, т. е.

(5.62)

Знаменатель уравнения (5.61) имеет следующий вид:

, п К+\\ , К + \

- Rbk

(5.63)

Уравнение (5.63) показывает, что множитель D стремится к единице при стремлении к бесконечности коэффициента усиле-

вход

Усдв

Фиг. 5.40. Модель операционного усилителя для изучения влияния напряжения и тока сдвига и тока смещения. (Взято из Electronic Integrated Circuits and Systems by F. Fitchen, © 1970 by Litten Educational Publishing, Inc., с разрешения фирмы Van Nostrand Reinhold Company.)

НИЯ no напряжению с разомкнутой обратной связью Л„. Последние три члена в уравнении (5.61) ясно указывают на роль входного напряжения сдвига и входных токов смещения и сдвига.

Член уравнения, содержащий ток смещения 1в, можно исключить, сделав

RRjWRf,. (5.64)



f Д "--Д • (5.65)

Это уравнение показывает, что исключение влияния тока смещения /в не устраняет влияния входного напряжения сдвига и входного тока сдвига. Уравнение (5.65) показывает также, что коэффициент /С -Ь 1 приводит к удвоению напряжения и тока сдвига в усилителе с коэффициентом усиления -1 по сравнению со значениями, получаемыми в повторителе напряжения (или буферном усилителе).

Наконец, из уравнения (5. 65) видно, что входные напряжение и ток сдвига умножаются приблизительно на тот же множитель К, что и напряжение сигнала Увх- Поэтому, если не проведена некоторая внешняя подстройка для компенсации этих входных сдвигов, их влияние на выходное напряжение невозможно отличить от напряжения входного сигнала.

Подстройка входного напряжения сдвига часто осуществляется при помощи внешних подключений к операционному усилителю. Такие подстройки обычно производят, подключая между двумя внешними выводами операционного усилителя переменный резистор. Ползунок переменного сопротивления подключается к одному из источников питания, и он подстраивается до тех пор, пока выходное напряжение не достигнет О В при заземлении обоих входов.

Тепловые эффекты

Приведение выходного напряжения операционного усилителя к нулю путем подстройки входного напряжения сдвига производится обычно при комнатной температуре (около 25"С). Однако, как видно из фиг. 5.1, параметры реальных операционных усилителей чувствительны к окружающим воздействиям, таким, как, например, температурные изменения. Тепловые эффекты могут вызывать заметное изменение эксплуатационных параметров операционных усилителей. Наиболее значительными параметрами, которые имеют температурный дрейф, являются входные напряжение и ток сдвига и ток смещения.

На фиг. 5.41 приведены температурные изменения входного напряжения сдвига при отсутствии подстройки сдвига и при настройке сдвига на нуль при комнатной температуре. Формы этих кривых нельзя считать «типичными», поскольку сдвиг может быть любой полярности. В большинстве проектируемых

При этом выражение для выходного напряжения становится следующим:

"вых- -Г £) л -





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 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144

0.0037