|
| |
 |
Электронные компоненты Мануалы 1.2. ПАРАМЕТРЫ ПРАКТИЧЕСКИХ УСИЛИТЕЛЕЙ 1.2а. Скелетная схема усилителя Упрощенная схема типового операционного усилителя приведена на рис. 1.5. Входной каскад представлен дифференциальным усилителем, который оказывает основное влияние на рабочие параметры. Второй дифференциальный усилитель обеспечивает Коэффициент разделения, каналов: отношение изменения вЫ ходного напряжения возбуждаемого канала к соответствующему изменению на выходе другого канала. Коэффициент усиления напряжения больиюго сигнала: отно* шение максимального размаха (от пика до пика) выходного напряжения к соответствующему изменению входного сигнала. Максимальный размах (от пика до пика) выходного напрЯ жения: максимальное выходное напряжение до ограничения при нулевом постоянном выходном напряжении покоя. Напряжение смещения: напряжение, которое необходимо дифференциально подать на входные зажимы через два одинаковых резистора для получения нулевого выходного напряжения. Напряжение шума: напряжение идеального источника, включаемого последовательно с входными зажимами для представления создаваемых внутри усилителя источников шума. Общая выделяемая мощность: общая подводимая к прибору от источника постоянного тока мощность без мощности, отдавае-. мой в нагрузку. Разность входных токов (ток смещения): разность двух входных токов при нулевом выходном напряжении. Скорость нарастания: скорость изменения выходного напряжения при подаче ступенчатого напряжения на вход. Ток короткого замыкания: максимальный выходной ток при замыкании выходного зажима на землю. Ток питания: ток, поступающий в усилитель от источника питания при отсутствии нагрузки и нулевом выходном напряжении. Ток илума: ток идеального источника тока, включаемого параллельно входным зажимам для представления создаваемых внутри усилителя источников шума. Частота единичного усиления: частота, при которой коэффициент усиления при разомкнутой петле обратной связи равен единице. Чувствительность к источнику питания: отношение изменения напряжения смещения к вызвавшему его изменению напряжения источника питания. дальнейшее повышение усиления и развязку. Для того чтобы на выходе отсутствовало постоянное напряжение, требуется каскад сдвига уровня. Этот каскад возбуждает выходной усилитель, V- V сс сс  Вышод Входной Второй ди(рф. СдВиг ее Выходной Suipp. усилитель усилитель уровня усилитель Рис. Упрошенная принципиальная схема операционного усилителя. который обычно состоит из комплементарной пары р - п - p/j п - р - п-транзисторов, обеспечивающей низкое выходное со противление и высокую нагрузочную способность по току. Огра-< ничение по току можно также осуществить дополнительной схеч мой. 1.26. Погрешности в операционных усилителях В качестве первого приближения допускается, что операционный усилитель имеет бесконечно большие коэффициент усиления при разомкнутой петле обратной связи, входное сопротивление и нулевое выходное сопротивление. Такое допущение, хотя и упрощает анализ и проектирование схем на операционных усилителях, не всегда может быть справедливым. Разработчику следует знать об ограничениях операционных усилителей, вызванных конечностью значений этих параметров, и учитывать их влияние. Конечность коэффициента усиления при разомкнутой петле обратной связи. Уравнения обратной связи для усиления с замкнутой петлей обратной связи были выведены в разд. 1.1 для инвертирующего и неинвертирующего включений усилителя. Здесь они повторяются для удобства: Аа (инверт) = Л (Р - 1)/(1 -f Лор). (1.9) Л(неинверт) = Ло/(1-f ЛоР). (1.13) Оба выражения имеют в знаменателе член 1 -К Лор, где Ао - коэффициент усиления при разомкнутой петле обратной связи, ар - коэффициент обратной связи, соответствующий части выходного сигнала, подводимой обратно на вход. Коэффициент усиления при разомкнутой петле обратной связи практических усилителей никогда не равен бесконечности и не является вещественным (с нулевым фазовым сдвигом), поскольку и амплитуда, и фаза коэффициента усиления при разомкнутой петле обратной связи изменяются с частотой. Следовательно, вполне вероятно, что на некоторой достаточно высокой частоте произведение Лор может стать равным -1. Это приведет далее к тому, что знаменатель в выражениях (1.9) и (1.13) исчезнет, а коэффициент усиления при замкнутой петле обратной связи будет бесконечно большим, что является условием самовозбуждения. Для предупреждения самовозбуждения необходимо ограничить коэффициент усиления с замкнутой обратной связью таким образом, чтобы произведение Лор было меньше единицы ниже частоты, где фазовый сдвиг усилителя достигает значения 180°. Это осуществляется формированием наклона характеристики коэффициента усиления, начиная с низких частот и продолжая далее со скоростью 6 дБ/октава. Этот метод обеспечения устойчивости называется частотной коррекцией. При больших коэффициентах усиления с замкнутой обратной связью параметр Р очень мал, поэтому требуется и меньшая частотная коррекция. И наоборот, для повторителя напряжения необходима полная коррекция,, поскольку в этом случае р = 1. На рис. 1.6 приведены типовые характеристики коэффициента усиления при разомкнутой петле обратной связи и фазового сдвига для усилителя iiA741. Кривая усиления имеет две точки излома. Первая (на низких частотах) обусловлена цепью частотной коррекции, которая специально введена для обеспечения устойчивости усилителя. Запаздывание фазы выходного сигнала достигает 45° на этой частоте излома и асимптотически приближается к 90° с увеличением частоты. Наклон амплитудно-частотной характеристики в этом диапазоне составляет 6 дБ/октава. Другая точка излома характеристики усилителя находится в области частоты 5 МГц и обусловлена паразитными параметрами усилителя. Здесь имеет место дополнительный фазовый сдвиг на 45°, а асимптотический фазовый предел становится равным 180°. Наклон характеристики приближается к 12 дБ/октава. Для определения влияния усиления при разомкнутой петле обратной связи на усиление с замкнутой обратной связью инвертирующего усилителя необходимо преобразовать вьфажение (1.9) с подстановкой Ri/{Ri-\- R2) вместо р следующим образом: A(HHBepT.) = (-№)/{[(l + i?2 ?i)Mo]-f 1}. (1.14) 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 |