Раздел: Документация

0 ... 18 19 20 21 22 23 24 ... 82

синфазном сигнале, возможность регулировать коэффициент усиления изменением отношения R2/R1 без нарушения «дифференциальное™» усилителя. Однако необходимо иметь в виду, что здесь только источник питания ОУЗ заземлен, а усилители ОУ1 и ОУ2 доли- ы иметь индивидуальные, гальванически отделенные от земли источники питан-

При анализе погрешностей подобгых усилителей следует учитывать влияние неидеальности гальпанической развязки источника питания В качестве примера на рис 3-17, г штриховой линией показано паразитное комплексное сопротивление гальванической развязки Zr р (сопротивление между средней точкой источника питания и землей), образованное сопротивлением утечки изоляции и паразитными емкостями. Как видим, в данном случае сопротивления Zr р и R образуют делитель для напряжения U2, вследствие чего коэффициенты усиления для напряжений U2 и U{ при некачественной развязке могут по модулю быть заметно неодинаковы,

Г лава четвертая

Точные измерительные усилители 4-1. Снижение

мультипликативных погрешностей усилителя

Рассматривая погрешности инвертирующего и неинверти-рующего усилителей, мы установили, что мультипликативная погрешность в них определяется в основном нестабильностью сопротивления резисторов, задающих коэффициент усиления, а также изменением коэффициента усиления и входного сопротивления примененного ОУ.

Снижение погрешности от нестабильности сопротивлений. Следует обратить внимание на то, что в формулы (3-1) и (3-18), определяющие коэффициенты усиления инвертирующего и неинвертирующего усилителей, сопротивления резисторов R1 и R2 входят в виде отношения. Поэтому, используя однотипные резисторы, имеющие одинаковые свойства и находящиеся в одинаковых эксплуатационных условиях, удается получать весьма малые значения этой составляющей погрешности коэффициента усиления (в настоящее время возможно получить отношение сопротивлений с погрешностью от температуры не выше 2- 10"~6К-1, а от времени — не выше 5- Ю-5 [52]).

Если имеющиеся в распоряжении проектировщика резисторы не обеспечивают требуемой точности отношения сопротивлений, то в принципе можно применить структурный метод повышения точности, заключающийся в усреднении ошибок сопротивления нескольких резисторов [32]. Возможный вариант схемы неинвертирующего усилителя с усреднением ошибок показан на рис. 4-1. Все входящие в этот усилитель резисторы номинально имеют одинаковые сопротивления /?1=/?2 = -..= = Rw = R- Коэффициент усиления усилителя равен 10, поскольку верхние зажимы у девяти резисторов (Rl—R9) подключены

---

земле, R

R/9

у десятого (RW)—к выходу ОУ (Ко. 0=1 +

С помощью дополнительной цепи управления (на рис. 4-1 не показана) организуется циклическая работа переключателей 171—П10, так что к выходу ОУ поочередно подключается то R1, то R2 и т. д. и каждый раз остальные девять резисторов подключаются к земле. Цепь управления при этом может быть реализована в виде П Т 1 П1° кольцевого счетчика на 10 положений. Если переключатели П1—П10 выполнены на основе МОП-транзисторов, то частота импульсов, продвигающих единицу в таком счетчике, может быть выбрана достаточно высокой, порядка единиц килогерц. Таким образом, за время, меньшее 1 мс, будет осуществляться полный цикл работы переключателей. Усредняя напряжение на выходе усилителя, мы получим усреднение ошибок, обусловленных неточностью отдельных резисторов, так что ошибка среднего может быть весьма малой.

Действительно, среднее значение коэффициента усиления будет в данном случае

Рис. 4-i. Схема не-инвертирующего усилителя с пониженной погрешностью цепи обратной связи

(4-1)

где п — общее число резисторов (в нашем случае п=10);

п

Gs = 2 G{— собственная проводимость И-входа ОУ; Gi=\jRi —

проводимость t-ro резистора; гг- — время нахождения i-ro переключателя в правом положении; Т — длительность цикла переключения всех переключателей.

Считая, что ti/T=l/n, преобразуем (4-1) следующим образом:

Ко.

So,

(4-2)

Пусть сопротивление t-ro резистора определяется формулой г = (1+Бг), где 8j — относительная погрешность. Тогда,

11,2

принимая во внимание, что ~г——-1—6,- +е*,можем записать:

1 Т ei

= V J =V

i=i i=i

i

R (1 + et)

1

R

JL R

-2 (e.

3 Заказ Ns 319

66

---

n

0.0 =

п R

Если обозначить символом е среднеарифметическое значение погрешности ei, а е — среднеквадратическое отклонение погрешности от значения е для используемых п резисторов, то

,2 ..-2 , „ "2.I V . 1 д2-2

V 2 -2,-2 (=1

Соответственно формула К0.с примет вид

/?0.с = п(1+ё2). (4-3)

Таким образом, среднее значение погрешности е резисторов вообще не сказывается на точности работы усилителя. В частности, это означает, что на величине К0.о не сказывается среднеарифметическое значение сопротивления замкнутых переключателей, включенных последовательно с резисторами Rl—R10. Погрешность К0.с обусловлена только относительным среднеквадратическим отклонением е сопротивлений резисторов от среднего значения. Поскольку в (4-3) величина е входит в квадрате, это говорит о том, что погрешность К0.с существенно меньше, чем погрешности резисторов. Если, например, среднеквадратическое отклонение сопротивлений резисторов составляет 10~3, то обусловленная этим погрешность среднеарифметического значения коэффициента усиления будет всего лишь (10-3)2=10~6.

Снижение погрешности от нестабильности коэффициента усиления. Из формулы (3-9) следует, что погрешность усилителя, вызванная нестабильностью коэффициента усиления ОУ, тем меньше, чем больше петлевое усиление /((3. Величина р устанавливается исходя из заданного коэффициента усиления устройства в целом Кох. Поэтому для увеличения петлевого усиления следует применять ОУ с большими коэффициентами усиления К-

Величина К для современных ОУ обычно превышает 104. Таким образом, при построении усилителей с коэффициентами усиления К0.с = 10-М 00 величина /Тр будет превышать Ю2, так что десятипроцентное изменение К приведет к появлению погрешности, не большей 0,1%-

e

t=i1=1isrv 1=1

Подставляя полученные выражения в (4-2), находим

1 1

0 ... 18 19 20 21 22 23 24 ... 82