|
| |
 |
Главная » Мануалы 1 ... 45 46 47 48 49 50 51 Приложение- А Сигнальный ток через неинвертирующий вход определится соотношением Г2 = . Zic. + Zicm - при ei = 0. Для того чтобы лучше понять значение данного выражения, рассмотрим его при некоторых допущениях. Пусть I Лр> 1, Zp<Z , Тогда 2 I 2  Фиг. А. 14. Эквивалентная схема для учета входного сопротивления при замкнутой обратной связи. Правая часть уравнения указывает на то, что оба входных полных сопротивления включены параллельно. Таким образом, входное сопротивление при неинвертирующем включении равно (А. 22) AZta Zicm Выражение для входного тока в случае инвертирующего включения имеет вид при 62 = 0. Если Лр то можно упростить данное соотношение. Получаем z, Входное полное сопротивление при инвертирующем включении приблизительно равно ZtZi. (А. 23) Почти во всех схемах с обратной связью влияние входного полного сопротивления на усиление с замкнутой обратной связью на низких частотах пренебрежимо мало. Однако влияние ВХОДНОЙ емкости на частотную характеристику при замкнутой обратной связи может оказаться очень существенным, а иногда и преобладающим. А.12. Другие параметры Часто рассматривается еще целый ряд параметров операционных усилителей. Иногда это чувствительности уже описанных параметров к температуре, напряжениям источников питания и к времени. Другие представляют собой просто расчетные допустимые значения выходных напряжения и тока, синфазного напряжения, тока, потребляемого от источников питания, и т. д. Обычно рассматриваются также скорость нарастания сигнала и частотная характеристика на полной выходной мощности. Об этих параметрах говорится в приложении Б и гл. 5. ПРИЛОЖЕНИЕ Б Определение и измерение параметров В этом приложении определяются параметры, которые принято использовать для того, чтобы охарактеризовать свойства операционного усилителя. В каждом случае приводятся практические схемы и описания измерений применительно к распространенным методикам измерений. Рассматриваются различия в методах измерений, приводимых различными фирмами для одних и тех же параметров. Обсуждаемые ниже параметры разбиты на четыре категории: характеристики для дифференциального сигнала с разомкнутой обратной связью, выходные харак- , теристики, входные погрешности и характеристики для синфаз- ного сигнала. Б.1. Характеристики для дифференциального сигнала при разомкнутой обратной связи Собственно операционный усилитель - это прибор без обратной связи, и характеристики, измеряемые с разомкнутой обратной связью, определяют многие из его свойств, проявляющихся при охвате обратной связью. Как указывалось в приложении А, многие параметры в схеме с замкнутой обратной связью можно рассчитать исходя из основных параметров с разомкнутой обратной связью и усиления по петле. Параметры усилителя с разомкнутой-обратной связью служат, следовательно, отправными точками для вычислений соответствующих характеристик практически любого применения с обратной связью. В этом разделе даны определения и описания коэффициента усиления по напряжению с разомкнутой обратной связью, выходного сопротивления, входного сопротивления, входной емкости и частоты единичного усиления. Б.1.1 Коэффициент усиления по напряжению с разомкнутой обратной связью А. Это - отношение напряжения выходного сигнала к напряжению дифференциального входного сигнала. Часто пользуются значением коэффициента усиления Ло на постоянном токе, однако измерение производится на переменном токе, чтобы иметь возможность отличить сигнал от смещения усилителя по постоянному напряжению. Если частрта, на которой осуществляется измерение, значительно ниже частоты fpi первого полюса передаточной функции усилителя, то замеренный коэффициент усиления будет таким же, как и на постоянном токе. Обычно этот коэффициент очень велик, поэтому необходимо тщательное экранирование, чтобы избежать помех, которые могут оказаться больше, чем дифференциальный входной сигнал, величина которого составляет единицы микровольт. В некоторых случаях величина А измеряется при оговоренном значении сопротивления нагрузки. Хотя при этом.автоматически учитывается влияние данного частного случая нагрузки, но усложняется расчет коэффициента усиления при другой величине сопротивления нагрузки. Зная коэффициент усиления ненагруженного >силителя с разомкнутой обратной связью, можно пересчитать его для любого данного сопротивления нагрузки, учитывая коэффициент передачи делителя, состоящего из сопро- тивления нагрузки и выходного сопротивления при разомкнутой обратной связи. Если известна величина коэффициента усиления при оговоренной нагрузке, то это значение следует пересчитать в коэффициент ненагруженного усилителя. После этого легко найти эффективную величину коэффициента усиления при любой нагрузке. Хотя измерение на переменном токе и исключает погрешность из-за напряжения смещения по постоянному току, необходимо предотвратить возможность перехода усилителя в режим насыщения по выходу из-за большого усиления при разомкнутой обратной связи. В измерительной схеме фиг. Б. 1, а напряжение смещения компенсируется регулируемым постоянным напряжением, подаваемым на вход испытываемого усилителя (ИУ) от потенциометра через делитель напряжения. Влияние напряжения смещения можно также устранить, применив глубокую обратную связь на инфранизких частотах, как показано на фиг. Б.. 1,6. В данном случае усиление по постоянному напряжению с замкнутой обратной связью отсутствует и смещение не усиливается. Схема рассчитывается таким образом, чтобы петля обратной связи практически размыкалась на частоте, используемой для измерений. Недостатком схемы является замедление процесса измерений из-за длительного заряда конденсатора С большой емкости через высокоомный резистор обратной связи/?. В каждой из этих схем используется аттенюатор, чтобы уменьшить напряжение входного сигнала до уровня, при котором размах сигнала на выходе составляет по меньшей мере 20% величины допустимого диапазона выходных сигналов. Данные схемы пригодны также для снятия амплитудно-частотной характеристики путем ряда замеров на различных частотах. На высоких частотах величину выходного сигнала следует снижать, чтобы исключить появление нелинейных искажений. При этом усиленные шумы начинают создавать помехи. Проблема решается при- менением обратной связи, ограничивающей коэффициент усиления по отношению к шумам. Если коэффициент усиления при замкнутой обратной связи превышает коэффициент усиления при разомкнутой обратной связи в 50 и более раз, то результаты измерений оказываются достоверными. Подобную обратную связь легко ввести в схему фиг. Б. 1, б, добавив последовательно с конденсатором С резистор, ограничивающий усиление. Коэффициент усиления по напряжению при разомкнутой обратной связи можно также определить в схеме с обратной
  
-40дБ Ад= -f при ZnRC Ag  Фиг. Б.1. Схема измерений при разомкнутой обратной связи. > Измеритгльный усилитель прямоугольных импульсов Инатор прямоугольных импульсов -  2,2М0м  ЧОВ Фйг. Б.2. Схема для изм ёрений на частоте 1 Гц при разомкнутой обратной связи. СВЯЗЬЮ при фиксированном уровне выходного сигнала, измеряя соответствующее малое напряжение дифференциального сигнала на входе усилителя. При такой методике влияние напряжения смещения устраняется обратной связью, как и в схеме фиг. Б. 1,6, но отсутствует задержка процесса измерения из-за заряда конденсатора. Как показано на фиг. Б. 1, в, выходной уровень поддерживается практически равным уровню входного сигнала при помощи обратной связи, устанавливающей единичный коэффициент усиления с замкнутой петлей. С целью повышения точности измерений в схему введен делитель напряжения, включенный между суммирующей точкой и входом усилителя. В результате Обратная связь устанавливает в суммирующей точке напряжение, пропорциональное и значительно большее по величине. Такое напряжение гораздо легче измерить. Сигнал в суммирующей точке мал по сравнению с выходным, поэтому делитель вносит небольшую погрешность. Во многих случаях частота первого полюса передаточной функции усилителя лежит ниже 50 Гц, особенно у усилителей, обладающих амплитудно-частотной характеристикой с постоянным наклоном в -6 дБ/октава. Измерения коэффициента уси- ления на частоте испытательного сигнала, меньшей, чем частота этого полюса, сильно затрудняются из-за ограниченного диапазона в области низких частот распространенных измерительных приборов. Схема на фиг. Б. 2 позволяет производить измерения на частоте 1 Гц и ниже и не требует применения инфранизкоча-стотного генератора или вольтметра. Как видно из фиг. Б. 2, испытываемый усилитель (ИУ) включен в схему с обратной связью типа фиг. Б. 1,6, обеспечиваюшую получение в суммирующей точке сигнала, пропорционального входному, но большего по величине. В данном случае испытательный сигнал подается с генератора напряжения прямоугольной формы частотой 1 Гц и на выходе испытываемого усилителя должно возникнуть напряжение такой же формы с амплитудой, лежащей внутри диапазона выходных сигналов. Постоянная составляющая в суммирующей точке устраняется при помощи разделительных конденсаторов емкостью 10 мкФ и коммутаторов на полевых транзисторах. Замыкая один из концов разделительного конденсатора в течение одного полупериода, схема обеспечивает появление в этой же точке во время второго полупериода напряжения, равного амплитуде сигнала по отношению к земле. В результате на входах измерительного усилителя возникают- два напряжения прямоугольной формы, амплитуды которых по отношению к потенциалу земли равны амплитуде сигнала в сум-мируюндей точке. Оба эти напряжения имеют противоположные фазы и полярности, поскольку коммутаторы работают в проти-вофазе. Измерительньш усилитель усиливает разность этих двух сигналов. В результате на его выходе возникает напряжение, пропорциональное сигналу в суммирующей точке, а следовательно, и определяемое величиной коэффициента усиления испытываемого усилителя. Это напряжение появляется только в один из полупериодов, поскольку конденсаторы в цепях связи быстро заряжаются через коммутаторы. Для того чтобы измерительный усилитель не влиял на результаты измерения, он должен быть выполнен по схеме на полевых транзисторах, обеспечивающей высокое входное полное сопротивление. Б.1.2. Выходное сопротивление Rq. Это - эффективная величина выходного сопротивления усилителя с разомкнутой обратной связью. Выходное сопротивление' измеряется с помощью схем Б.1 и Б.2 по величине ослабления коэффициента усиления на низких частотах под действием нагрузки. Это ослабление возникает из-за того, что выходное сопротивление и нагрузка образуют делитель напряжения. Коэффициент усиления нагруженного усилителя равен -40дБ Аттенюатор тов  Фиг. Б.З. Схема для измерения входных сопротивления и емкости для дифференциального сигнала. Следовательно, выходное сопротивление можно определить из уравнения Ro = Отметим, что в схемах на фиг. Б. 1, в и Б. 2 резистор цепи об- . ратной связи нагружает выход. Зная определенное выше выходное сопротивление усилителя с разомкнутой обратной связью, можно найти выходное сопротивление и в схеме с замкнутой обратной связью. Оно будет приблизительно равно выходному сопротивлению с разомкнутой обратной связью, деленному на коэффициент усиления по петле, как показано в приложении А. Б.1.3. Входное сопротивление для дифференциального сигнала Rl. Это - эффективное сопротивление между двумя входами при работе с разомкнутой обратной связью. Данный параметр также измеряется путем определения уменьшения коэффициента усиления при разомкнутой обратной связи, происходящего под действием делителя напряжения, одним из плеч которого является сопротивление Ri. В схеме на фиг. Б.З измеряется снижение величины коэффициента усиления, происходящее при подключении двух резисторов Ra во входную цепь усилителя. Можно воспользоваться и любой другой схемой для измерения коэффициента усиления с разомкнутой обратной связью. Резисторы Rg зашунтированы конденсаторами для снижения высокочастотных шумов. Если переключатели разомкнуты, то происходит снижение усиления из-за нагрузочного действия оказываемого входным сопротивлением на источник сигнала. Выходное напряжение во уменьшится и станет равным , Rj 2Rg + Ri 0 если частота испытательного сигнала значительно меньше УгпНсСо- Из результатов данного измерения можно найти входное сопротивление -- 2Rq. Резисторы Rg включены со стороны обоих входов для того, чтобы скомпенсировать влияние емкостной паразитной связи между выходом и входом, возникающей из-за,наличия дополнительного сопротивления во входной цепи. Если оба сопротивления равны, то величины паразитных сигналов, попадающих на каждый из входов, будут примерно одинаковы и усилитель подавит их как синфазную помеху. Тем не менее данная схема все же крайне чувствительна к паразитной емкостной связи, поэтому необходимо применять экранирование, входные контакты минимальной длины и возможно меньшие сопротивления Rg-Для усилителей с входными каскадами на полевых транзисторах или с модуляторами на варикапах, обладающих весьма высокими входными сопротивлениями, такое измерение практически неосуществимо, но в этом случае и необязательно знать точную величину столь высокого входного сопротивления. Согласно приложению А, величина входного сопротивления, измеренная при разомкнутой обратной связи, может быть пересчитана для случая замкнутой обратной связи. Сопротивление при замкнутой обратной связи примерно равно сопротивлению при разомкнутой связи, умноженному на усиление по петле. Однако входное сопротивление при замкнутой обратной связи для дифференциального сигнала ограничено уровнем входного сопротивления для синфазного сигнала, шунтирующего входы. Б.1.4. Входная емкость для дифференциального сигнала С/. Это - эффективная емкость между двумя входами при работе с разомкнутой обратной связью. Входную емкость можно измерить тем же способом, что и входное сопротивление для дифференциального сигнала. Однако проблема паразитных емкостных связей еще более серьезна из-за необходимости использовать более высокие частоты. Измерительное оборудование должно быть тщательно экранировано. Частоту, на которой выполняется измерение, следует выбирать исходя из соображений независимости входной емкости от частоты. В общем емкость Cj на низких частотах обусловлена главным образом эффектом Г-чЛЛЛ-ЮООм   -30дБ J- Ф и г. Б.4. Схема для измерения частоты единичного усиления. Миллера. Как показано в разд. 1.2, эта емкость сильно уменьшается при повышении частоты одновременно со снижением коэффициента усиления первого каскада, а следовательно, и эффекта Миллера. Большая емкость на низких частотах обычно не оказывает существенного шунтирующего действия на входное сопротивление и сопротивление источшка сигнала. Таким образом, основной интерес представляет величина входной емкости на более высоких частотах. Б.1.5. Частота единичного усиления \с - частота, на которой коэффициент усиления с разомкнутой обратной связью обращается в единицу. Из-за ограниченной скорости нарастания выходного напряжения на данной частоте возможна передача сигналов только малой амплитуды. На слабый выходной сигнал существенно влияют усиленные шумы, свойственные схемам с разомкнутой обратной связью. По этой причине для измерения используется схема с обратной связью, обладающая меньшим усилением (фиг. Б.4). Если предельное усиление, обусловленное цепью обратной связи, значительно больше единицы, обратная связь практически не влияет на участок частотной характеристики усилителя, расположенный вблизи частоты fc. Б.2. Выходные характеристики Многие факторы ограничивают параметры выходного сигнала операционного усилителя. Для того чтобы охарактеризовать эти свойства, часто оговариваются такие параметры, как максимальные величины сигналов, скорость нарастания выходного напряжения, максимальная частота неискаженного сигнала на полной мощности, время установления и время восстановления после перегрузки. Для каждого из них приводятся определения и схемы измерения. Б.2.1. Максимальные амплитуды выходного сигнала. Это амплитудные пиковые значения выходного напряжения и тока, которые могут передаваться одновременно. Данный параметр легко измерить, установив на выходе напряжение, размах которого, заключен между предельными значениями, соответствующими отрицательной и положительной полярностям. Нагрузка на выходе с учетом резистора обратной связи должна быть такой величины, чтобы амплитуда выходного тока достигала максимального значения при пиковой величине напряжения. В рет 1 ... 45 46 47 48 49 50 51 |
||||||||||||||