Раздел: Документация
0 ... 6 7 8 9 10 11 12 ... 82 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<£iRs, с тем чтобы уменьшить уход выходного напряжения цепи регулировки нулевого уровня при несимметричных изменениях питающих напряжений ±Еп Делитель R4, R5 (R7, R8) рассчитывается исходя из требования наибольшего компенсирую- а)5)  Рис 2-4 Примеры схем регулировки нуля ОУ щего напряжения При указанных на рнс 2-4, а сопротивлениях резисторов и при напряжении питания ±15 В возможна компенсация напряжения смещения ОУ в пределах примерно ±30 мВ Цепь регулировки нулевого уровня, показанная на рис 2 4, б, содержит только два резистора (R4 и R5), однако сопротивления этих резисторов зависят от сопротивлений резисторов Rl, R2, задающих глубину обратной связи Если считать, что Ra=RiR2/(R\ + R2), то сопротивление R5 должно быть вы брано так, чтобы напряжение EnRiKRs+Ra) было достаточным для компенсации наибольшего напряжения смещения Сопротивление Rt имеет смысл выбирать из соотношения R4Rt Установлено, что температурный дрейф э д с смещения усилителя пропорционально увеличивается при увеличении этой э д с Поэтому, если это возможно, предпочтительно не компенсировать э д с смещения ОУ путем подачи дополнительного напряжения на его вход (рис 2-4), а производить регулировку симметрии внутри самого ОУ, действительно уменьшая э д с смещения Возможность такой регулировки предусмотрена почти во всех типах ОУ, за исключением ОУ первого поколения (1УТ401, 1УТ402) Схемы подключения резисторов, регулирующих нулевой уровень (симметрию ОУ), показаны в табт 2-2 В усилителе 153УД2 регулировка нуля возможна двумя путями В табл 2 2 показаны оба варианта регулировки совместно с различными цепями коррекции (естественно, что любой вид регулировки может применяться с любой цепью коррекции) Составляющую дрейфа нуля ОУ, вызванную изменением входных токов, удается в значительной степени уменьшить, устанавливая равными сопротивления внешних цепей, присоединяемых к Н- и И- входам ОУ Если бы входов 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 <+ и (-, как правило, несколько раз личаются, так что при равенстве сопротивлений внешних цепей смещение нуля и дрейф возникают вследствие наличия и изменения разности этих токов Именно поэтому разностный входной ток входит в число основных парамет ров ОУ Защита от перегрузки входных и выходных цепей ОУ При неумелой экс плуатации интегралььых ОУ они могут быть выведены из строя вследствие электрического или теплового пробоя полупроводниковых переходов, перего рания внутренних соединительных проводников и т п Обычно в описании конкретного ОУ указываются предельные допусти мые входные напряжения и токи (при насыщении входного транзистора вход ной ток в некоторых типах ОУ может существенно возрастать), допустимые напряжения питания, максимальный допустимый выходной ток или мини мальное допустимое сопротивление нагрузки Так например, для ОУ типа К.1УТ401 наибольшее допустимое напряже ние дифференциального входного сигнала равно ±1,2 В, а для усилителей 1УТ531 оно равно ±5 В Защиту усилителя от чрезмерно большого входного напряжения можно осуществить включая между его входами пару соединен ных встречно параллельно кремниевых диодов Большая часть ОУ второго и последующего поколений сконструированы таким образом, чтобы исключить выход ОУ из строя при изменении входные напряжений в относительно больших пределах Сюда относятся, в частности ОУ типов 140УД6, 140УД7, К140УД8, 153УД2, К544УД1 Поэтому для таких усилителей цепей защиты входных каскадов от перегрузки, как правило, не требуется В некоторых ОУ (преимущественно в ОУ второго поколения) возможен эффект перехода инвертирующего входа в неинвертирующий Если транзи стор ОУ, включенный на И входе, войдет в насыщение, то сигнал с этого входа будет попадать без инверсии через открытый базово коллекторный пер» ход транзистора на вход второго каскада Следствием этого может быть пере ход ОУ в триггерный режим работы поскольку отрицательная обратная связь станет положительной Для предотвращения такого явления можно, например последовательно с инвертирующим входом включать резистор ограничиваю щий входной ток (примерно 30 кОм для 1УТ531) Для многих усилителей в паспортных данных указывается минимальное допустимое сопротивление нагрузки (например, 2 и 5 кОм для усилитетей 1УТ531 и К1УТ401) Еет ОУ используется в таких режимах когда возможны хотя бы кратковременные всплески тока в нагрузке (например, при работе на емкостную нагрузку), то в ОУ не имеющих встроенной защиты по выходу желательно введение цепей защиты выходного каскада усилителя Простейшей защитой ОУ от перегрузки по выходу может служить рези стор, включенный последовательно с выходным зажимом ОУ В усилителе, охваченном глубокой ООС сопротивление этого резистора практически не повлияет на Еыходное сопротивление устройства, но ограничит выходной ток при случайном коротком замыкании на выходе Однако для большинства современных ОУ включение такого резистора не требуется, поскольку в них предусмотрены внутренние цепи защиты от перегрузки Эти цепи обычно ограничивают выходной ток ОУ уровнем 10 — 30 мА Соответственно нормальная работа усилителя при большом выходном сигнале обеспечивается при сопротив тениях нагрузки 0 5—15 кОм и выше 2-4. Улучшение параметров ОУ Современные интегра тьныг ОУ достигли в своем развитии довольно высо кого уровня Однако в разтичных конкретных применениях ОУ к отдельным его параметрам предъявляются повышенные требования Ниже рассматри ваются некоторые методы улучшения основных параметров ОУ, 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, 0 ... 6 7 8 9 10 11 12 ... 82
|
