Снижение напряжения смещения нуля.

Занятие 4

Улучшение параметров операционных усилителей

Как правило, ОУ, обладающий высокими характеристиками одного типа, например быстродействием, проигрывает в других отношениях.

Снижение напряжения смещения нуля.

Усилители с периодической компенсацией дрейфа отличаются низким значением напряжения смещения нуля при сравнительно невысокой стоимости. Вместе с тем их быстродействие и шумовые параметры оставляют желать лучшего. Соединив два усилителя по схеме, представленной на рисунке получим инвертирующий усилитель, совмещающий достоинства своих частей.

Схема составного ОУ

Идея схемы очень проста. Усилитель У₁ (усилитель автоматической балансировки) имеет низкое смещение нуля, высокий коэффициент усиления по постоянному току и пренебрежимо малый входной ток (как раз этими достоинствами отличаются усилители с периодической компенсацией дрейфа). В установившемся режиме ток через конденсатор С интегратора не течет (I _r = 0). Пусть V _in = 0. В таком случае

Следовательно, напряжение на инвертирующем входе усилителя У₂ (основного) равно напряжению смещения нуля усилителя У₁. Фильтр R_ФС_Ф предназначен для сглаживания шума на выходе у₁.

Схема образует замкнутый контур: интегратор на У₁ — фильтр R_ФС_Ф — усилитель У₂ — делитель R ₁ R₂. Этот контур имеет высокое усиление и, как минимум, три полюса передаточной функции. Для обеспечения устойчивости следует выбирать RC и R_ФС_Ф достаточно большими и, кроме того, выполнить условие RC >> R_ФС_Ф. Повышенная инерционность контура балансировки нуля не сказывается на качестве схемы, поскольку температурный и временной дрейфы ОУ развиваются очень медленно.

Многие электронные схемы (в частности, измерительные) работают в кратковременном или повторно-кратковременном режиме, когда короткий интервал приема и обработки входного сигнала сменяет продолжительная пауза, в течение которой выходной сигнал схемы игнорируется оконечным устройством (например, микроконтроллером). В этом случае основной усилитель может сам компенсировать свой дрейф. Схема с автокомпенсацией нуля приведена на рисунке.

Схема ОУ с самоустановкой нуля

Автоматическая коррекция дрейфа выполняется путем запоминания напряжения смещения V_OF на конденсаторе в нерабочем интервале и последующего вычитания запомненного напряжения из входного напряжения усилителя в интервале усиления.

В паузе ключи S₁ и S₂ замкнуты, и усилитель оказывается включенным в режиме неинвертирующего повторителя, коэффициент которого равен K _V/(K _V + 1), т. е. весьма близок к единице. На выходе ОУ и, следовательно, на конденсаторе С устанавливается напряжение, равное V_off. Длительность паузы должна быть не меньше времени завершения переходных процессов с необходимой точностью. В режиме приема входного сигнала ключи S₁ и S₂ размыкаются, и запомненное на конденсаторе напряжение компенсирует напряжение смещения усилителя.

Поскольку в режиме паузы усилитель охвачен отрицательной обратной связью, добавляющей полюс в передаточную функцию контура обратной связи (емкостная нагрузка!), необходимо принять меры для обеспечения устойчивости. С этой целью последовательно с ключом S₂ и конденсатором могут быть включены резисторы.

Максимальная длительность интервала приема сигнала ограничена скоростью заряда конденсатора током утечки ключа S₂ и входным током усилителя.

Дата добавления: 2015-08-09