|
| |
 |
Главная » Мануалы 1 ... 46 47 48 49 50 51 Поиложение Б  1-ЛЛЛ- IkOju -WSA-i ЮкОч  Овд а , . б Фиг. Б.5. Схемы для измерения скорости нарастания выходного напряжения и частоты полной мощности. зультате размах выходного сигнала будет соответствовать нагрузочной способности усилителя. Поскольку схема ограничения выходного тока может ограничить выходное напряжение под нагрузкой, оба пиковых значения выходного сигнала независимы и оговариваются одновременно. Б.2.2. Скорость нарастания выходного напряжения Sr. Это - максимальная скорость изменения выходного сигнала при передаче выходного сигнала максимальной амплитуды. Обычно скорость нарастания измеряется в схеме повторителя по напря-. жениюс коэффициентом усиления, равным единице (фиг. Б.5,а;). Эта схема соответствует наиболее тяжелым условиям работы. Ограничения диапазона синфазного сигнала, которые могут по-, влиять на скорость нарастания, также учитываются при данном испытании. Измерение скорости нарастания можно проделать, и в инвертирующей схеме, показанной на фиг. Б.5, б. Такие измерения чаще всего проводятся для усилителей с несимметричным входом. Резистор и в этом случае является частью нагрузки. В обеих схемах на вход усилителя подается высокочастотное прямоугольное напряжение с крутыми фронтами, амплитуда которого должна быть достаточной для того, чтобы обеспечить полную раскачку по выходу. Выходной каскад вводится в режим насыщения по обеим полярностям (фиг. Б.6); для того чтобы в интервал измерения не попали участки дна-, пазона выходных сигналов с переходными процессами, которые не характерны с точки зрения скорости нарастания. Скорость нарастания определяется из этой характеристики фиг. Б.6 как тангенс угла наклона участка, заключенного между минимальным и максимальным значениями выходного сигнала. Часто скорости нарастания оказываются неодинаковыми для переднего и заднего фронтов, поэтому необходимо определять Sr для, ббоих случаев. При этом за скорость нарастания обычно принимают большее значение. .v. -О max  Фиг. Б.6. Выходной сигнал при измерении скорости нарастания. Б.2.3. Максимальная частота неискаженного сигнала на полной мощности fp. Это - предельная частота, при которой выходной сигнал максимальной амплитуды передается без заметных искажений. Величина fp часто обусловлена ограниченной скоростью нарастания. В этом случае ограниченная скорость приводит к искажению гармонического сигнала, изменяя наклон синусоиды. Приравнивая величины максимальной скорости изменения синусоидального сигнала и скорости нарастания, получим следующее соотношение, связывающее параметры fp и 5: где for - максимальное выходное напряжение. Для непосредственного измерения параметра fp следует использовать схему фиг. Б.5, описанную ранее применительно к измерению параметра Sr. При этом необходимо подавать испытательный сигнал синусоидальной формы. Амплитуды выходного сигнала по току и по напряжению поддерживаются максимальными, а частота увеличивается до тех пор, пока не появятся заметные искажения. В общем обратная связь устраняет искажения на частотах, ле-?кащих ниже fp, поэтому визуальная оценка оказывается достаточно точной. В данном эксперименте можно обнаружить искажения порядка нескольких процентов, возникающие из-за ограничения. При измерениях fp в быстродействующих усилителях может возникнуть необходимость увеличить амплитуду модного сигнала из-за снижения коэффициента усиления при разомкнутой обратной связи до величины, меньшей, чем требуемое усиление при замкнутой обратной связи. Чтобы избежать уменьшения выходного сигнала из-за падения коэффициента усиления при разомкнутой обратной связи, можно воспользоваться измерением в схеме повторителя напряжения. Б.2.4. Время установления tg. Это - время, за которое закончится переходной процесс, т. е. выходной сигнал после воздействия ступенчатого напряжения на входе с достаточной степенью точности достигнет своего установившегося значения. Как следует из определения, параметр 4 характеризует свойства усилителя при воздействии быстро меняющихся сигналов. Обычно оговаривается значение 4 для измерения выходного сигнала, соответствующего максимальным уровням выходных тока и напряжения и точности 0,1% или 0,01%. Форма выходного сигнала при данном измерении показана на фиг. Б.7. Заметим, что длительность фронта, зависящая от скорости нарастания, также включается в величину параметра 4, поскольку время фронта представляет собой часть промежуточного времени, в течение которого существует выходная погрешность. Практически величина погрешности, при которой нормируется параметр ts, слишком мала, чтобы ее можно было непосредственно измерить на фоне выходного сигнала, поэтому при измерении необходимо отделить погрешность от сигнала. Это достигается в измерительных схемах с единичным усилением путем вычитания выходного сигнала из входного. Такое вычитание нетрудно осуществить в инвертирующей схеме с единичным усилением, показанной на фиг. Б.8. Если резисторы Rz согласованы по величине, а коэффициент усиления равен точно единице, то в точке соединения резисторов возникает только ослабленный в два раза сигнал погрешности. Этот  Ф и г. Б.7. Выходной сигнал при определении времени установления.  Ф и г. Б.8. Схема для измерения времени установления. сигнал можно наблюдать при помощи осциллографа. Такой осциллограф должен иметь возможность быстро восстанавливаться после воздействия перегрузки, длительность которой мала по сравнению с величиной ts. Значительная перегрузка осциллографа происходит в начале переходного процесса. Необходимо - уделить внимание умень-ое шению емкостей выводов, паразитная связь через которые может исказить результаты измерений. Сопротивления резисторов Rl- и R2 должны быть достаточно малыми, чтобы снизить влияние паразитных емкостей. Эти же резисторы служат сопротивлениями нагрузки. Для вычитания выходного сигнала из входного при измерении времени установления в неинвертирующем включении используется быстродействующий дифференциальный усилитель. Такие усилители входят в состав некоторых щирокополосных осциллографов, но и здесь следует обратить внимание на требование быстрого восстановления после перегрузки. Б.2.5. Время восстановления. Это - время, необходимое для возвращения усилителя из состояния насыщения по выходу в линейный режим после воздействия перегрузки. Время восстановления иногда зависит от степени перегрузки и от полного сопротивления цепи обратной связи. Измерение обычно производится при помощи схемы фиг. Б. 5, б. Уровень-выходного сигнала выбирается вдвое больще, чем необходимо для насыщения по выходу, т. е. имеет место 100%-пая перегрузка. Процесс измерения заключается в определении времени задержки выходного сигнала относительно входного. Б.З. Входные погрешности Входные погрещности ограничивают чувствительность операционного усилителя смещением по постоянному току и щумами, как описано в гл. 2 и 4. Эквивалентные напряжения и токи смещения и разностный ток, а также их температурный дрейф представляют собой параметры, характеризующие погрешности по постоянному току. Эквивалентные напряжение и токи шума, описанные в тех же главах, характеризуют шумовые свойства усилителя. Приведение погрешностей к входу позволяет полу- чить представление, удобное для расчетов любой схемы с обратной связью. rWV ЮООм  W 1001 . Ф р г. Б.9. Схема для измерения напряжения смещения. Б.3.1. Напряжение смещения Fos. Это - дифференциальное напряжение, которое необходимо подать на вход, чтобы получить нуль на выходе. Величина VoB определяется при отсутствии сигнала и нулевом сопротивлении источника. Как будет показано при дальнейшем обсуждении, напряжение \os зависит от температуры и напряжения источников питания. Обычно указывается величина Vos при комнатной температуре. Часто оговаривается максимальное смещение во всем диапазоне температур окружающей среды. Для измерения напряжения смещения используется схема с высоким коэффициентом усиления, представляющая собой усилитель напряжения смещения (фиг. Б. 9). Б.3.2. Дрейф напряжения смещения представляет собой чувствительность напряжения смещения к температуре, напряжению источника питания или времени. Каждый из данных дрейфовых параметров можно измерить при помощи схемы фиг. Б. 9, измеряя величину Vos при нескольких температурах, напряжениях источников питания или через определенные интервалы времени. Часто с целью упрощения измерений определяется средняя величина дрейфа в оговоренном диапазоне. Следовательно, для получения усредненного значения требуется произвести замеры всего в нескольких точках этого диапазона. Однако необходима определенная осторожность, чтобы избежать усреднения двух больших, но противоположных по знаку изменений напряжения Vos внутри различных участков оговоренного диапазона. Результат усреднения такой [/-образной кривой может привести к тому, что измеренная величина дрейфа будет сильно занил^ена. Из этих соображений часто производят измерение в промежуточной точке диапазона. Далее раздельно вычисляют два приращения, Vos в каждой из крайних точек диапазона по отношению к'промежуточной и производят усреднение величин этих приращений. Температурный дрейф напряжения смещения, определенный таким методом, равен I os Г.) - os (5° С) I +1 (7-) - Vq (gS С) I , йТ Уусред
0,ОШкФ WW 1оыом-тм  10 МОм-1 ГОм Фиг. Б.10. Схема для измерения входных и разностного токов. где оговоренный температурный диапазон лежит в пределах от Tl до Гг, а промежуточная точка выбрана при 25° С. Подобными же выражениями можно воспользоваться для определения дрейфа при изменениях напряжения источника питания и временного дрейфа. Б.3.3. Входной ток смещения /д. Это - ток режима, который нужно подать на вход для получения нуля на выходе. Входной сигнал или смещающее напряжение при этом должны отсутствовать. Как показано в гл. 2, входной ток смещения представляет собой базовый ток биполярного транзистора или ток затвора полевого тразистора входного каскада. Обычно оговариваются величины этого тока при комнатной температуре и в рабочем диапазоне температур. Как правило, указывается больший из двух входных токов, но иногда встречается менее определенная формулировка, согласно которой в качестве /в берется среднее арифметическое из обоих токов. Для измерения входных токов на входах усилителя включают высокоомные резисторы Rg, как, например, на схеме фиг. Б. 10, где измерительные резисторы защунтированы емкостями для снижения щумов. Из-за большой величины сопротивления Rg выходное напряжение, возникающее вследствие протекания входных токов, гораздо больше, чем эффект напряжения Vos в случае усилителей с входными каскадами на биполярных транзисторах. Выходное напряжение равно практически произведению сопротивления одного из резисторов на соответствующий ток. В случае усили- телей на полевых транзисторах и усилителей с преобразованием входные токи очень малы и используются очень высокоомные резисторы, а также производится предварительная установка нуля по напряжению. Б.3.4. Дрейф входного тока смещения. Это - чувствительность входного тока смещения к температуре, изменению напряжения источника питания или времени. Усредненная величина дрейфа обычно измеряется по схеме фиг. Б. 10, а методика усреднения остается той же, что и в случае измерения дрейфа напряжения смещения. Б.3.5. Разность входных токов Iqs. Это -разность двух токов смещения. Данный параметр измеряется по схеме фиг. Б. 10. Поскольку измеряется малая разность близких друг к другу величин, необходимо согласовывать сопротивления резисторов с точностью порядка 0,1 %. Б.3.6. Дрейф входного разностного тока. Это - чувствительность входного разностного тока к температуре, напряжению источника питания и времени. Обычно измеряется усредненный дрейф и используется схема фиг. Б. 10. Усреднение производится аналогично случаю измерения дрейфа напряжения смещения. Б.3.7. Напряжение шума е„. Это - дифференциальное напряжение шума, которое нужно приложить к входу, чтобы получить на выходе шумы, эквивалентные шумам усилителя, при допущении, что при подаче е„ усилитель стал идеальным , а сопротивление источника сигнала равно нулю. Малое напряжение е„ обычно измеряется в- схеме с высоким коэффициентом усиления, которая усиливает шумы, например в схеме на фиг. Б. 11. Для ограничения спектра шумов оговоренным диапазоном частот используется фильтр на выходе. Заметим, что полоса пропускания при замкнутой обратной связи должна перекрывать этот диапазон, чтобы обеспечить равномерное усиление шумов. Создание фильтра со строго прямоугольной характериг стикой, пропускающего частоты только в пределах оговоренного диапазона, невозможно, поэтому следует воспользоваться пересчетом полосы реального фильтра в полосу эквивалентного прямоугольного, как показано в разд. 4.3. В этом разделе приводится формула (4.36) для расчета эффективной полосы пропускания по шумам фильтра низких частот с однополюсной передаточной функцией, а именно fe~~2 fp где fp - частота полюса. При измерениях необходима тщательная экранировка, особенно если в полосу измеряемых частот -АЛЛ-WOOm 
Фильтр -О eg /сУЮМОм-ЮОМОм Фиг. Б.11. Схема для измерения напряжения и токов шума. попадает частота промышленной сети. Для повышения точности измерения желательно использовать малошумящий источник питания, например батарею. Следует избегать наводок от измерительных приборов и проводников. Б.3.8. Ток шума t . Это - ток шума, который нужно приложить к входу усилителя, чтобы получить на выходе шумы, эквивалентные шумам усилителя, при допущении, что при подаче тока усилитель стал идеальным , а сопротивление источника сигнала велико по сравнению со значением ejin- Включая последовательно с входными зажимами большие сопротивления источника, можно получить выходное напряжение, приблизительно равное произведению тока шума на сопротивление Rg (фиг. Б. 11). Однако предварительно необходимо убедиться, что составляющая напряжения шума на выходе, обусловленная тепловыми шумами резисторов Rg, мала по сравнению с величиной inRo- Как говорилось в разд. 4.3 и показано на фиг. 4.3, в некотором диапазоне сопротивлений источника сигнала тепловой шум сопротивления Rg может превзойти шумы, связанные с протеканием тока in. Хотя токи шума усилителей с биполярными транзисторами во входном каскаде обычно вполне различимы, но в случае операционных усилителей с входным каскадом на полевых транзисторах или усилителей с преобразованием тепловые шумы сопротивления Rg могут оказаться больше, чем шумы. возникающие из-за токов in. Тепловой шум, согласно разд. 1.4, равен где fs-полоса пропускания. Из-за данного теплового шума измерение величины in для усилителей с полевыми транзисторами во входном каскаде и усилителей с модуляторами на ве-рикапах затруднительно и теряет практический смысл. При измерениях токов шума следует соблюдать те же меры по экранированию, что и в случае измерения напряжения шума. Б.4. Характеристики для синфазного сигнала Изоляция входа от земли и подавление помех, обеспечиваемое благодаря свойствам операционного усилителя для синфазного сигнала, определяется четырьмя основными параметрами. Это - входное сопротивление и входная емкость для синфазного сигнала, коэффициент ослабления синфазного, сигнала и диапазон синфазных напряжений. Б.4.1. Коэффициент ослабления синфазного сигнала CMRR. Это - отношение коэффициентов усиления по напряжению для дифференциального Ad и для синфазного сигналов Аст. Из определения видно, что коэффициент CMRR есть показатель, сравнивающий усилительные свойства для дифференциального и синфазного сигналов. Коэффициент усиления для синфазного сигнала часто нелинейным образом зависит от величины синфазного напряжения, особенно в случае усилителей с входным  Баланс: г^ллл Кг о L-лЛЛЛ- r,(cmrr) V R,(cmRr) 8г Rz\ r,(cmrr)) Фиг Б 12. Схема измерения коэффициента ослабления синфазного сигнала CMRR.  с каскадом на полевых транзисторах. С этой точки зрения при измерении величины CMRR необходимо использовать весь диапазон синфазных напряжений. Это достигается с помощью разностной усилительной схемы, показанной на фиг. Б. 12. В случае хорошо согласованных или сбалансированных резисторов на обоих входах присутствует практически только синфазный сигнал. Однако разбалансы усилителя по синфазным сигналам приводят к появлению дифференциального входного напряжения вг = eo/Ad. Следовательно, Фиг. Б. 13. Схема для измерения входного сопротивления для синфазного сигнала. CMRR = Ri + R2 cm е. при /?2 /?1- - Тогда величину GMRR можно выразить непосредственно через величины напряжений сигналов на входе и выходе. Сопоставляя три последних соотношения получаем R1 + R2 es CMRR Б.4.2. Входное сопротивление для синфазного сигнала Ricm- Это - эффективное сопротивление между каждым из входов и землей. Методика измерения аналогична случаю измере-нил дифференциального входного сопротивления Ri. Последовательно с входом включается резистор Rg, зашунтированный емкостью (фиг. Б.13). Этот резистор совместно с сопротивлением образует делитель напряжения, ослабляющий сигнал. Очевидно, Входное сопротивление для синфазного сигнала определяется по изменению выходного сигнала. Подставляя измененное значение выходного сигнала во в предыдущее выражение, находим Rjcm - О 1 ... 46 47 48 49 50 51 |
|||||||||||||||||||||||||