Немного о параметрах по постоянному току

Напряжение смещения операционного усилителя используется при расчёте четырёх параметров по постоянному току: входного напряжения смещения (Kos), коэффициента усиления при разомкнутой цепи ОС (AOL), коэффициента ослабления синфазного сигнала (CMRR) и коэффициента подавления нестабильности напряжения питания (PSRR). При анализе других параметров следует помнить об этих четырёх, особенно принимая решения о выборе устройства по его техническим данным с учётом требований реального приложения.

Входное напряжение смещения определяет максимальную разность напряжений между двумя входными выводами операционного усилителя при его работе в линейной области с замкнутой цепью ОС. В спецификации значения этого параметра, измеренного при комнатной температуре, даются в мкВ или мВ. В диапазоне температур в качестве единицы измерения, наряду с абсолютными значениями в мкВ или мВ, используется мкВ/°С. Напряжение смещения можно представить в виде источника напряжения Ros, подключённого к неинвертирующему входу усилителя (Рис. 6.11).

Напряжение смещения можно представить в виде эквивалентного источника напряжения Р, подключённого к неинвертирующему входу усилителя

Рис. 6.11. Напряжение смещения можно представить в виде эквивалентного источника напряжения Р0$, подключённого к неинвертирующему входу усилителя.

Напряжение смещения может отличаться от устройства к устройству, а также изменяться при изменении температуры, что показано на двух отдельных гистограммах на Рис. 6.12. Напряжение смещения для отдельно взятого усилителя остаётся неизменным при неизменных температуре, напряжении питания, уровне напряжения синфазного сигнала или выходном напряжении (Рис. 6.12).

В зависимости от приложения, в котором применяют конкретный усилитель, напряжение смещения может играть важную роль, а может и не приниматься во внимание. Например, ОУ с большим напряжением смещения (от 2 до 10 мВ), используемый в качестве буферного усилителя, не будет существенно отличаться по своим параметрам от высокоточных усилителей с исключительно малым напряжением смещения (от 100 до 500 мкВ). С другой стороны, усилители с высоким уровнем напряжения смещения при ОС, обеспечивающей высокий коэффициент усиления, могут кардинально повлиять на динамический диапазон схемы.

Например, для схемы на Рис. 6.13 выходное напряжение равно:

К сожалению, напряжение смещения ОУ усиливается с тем же коэффициентом усиления, что и входной сигнал. В этом примере вычисленное значение коэффициента усиления (1 + Rf/Rm) равно 101 В/В, поэтому операционный усилитель с напряжением смещения на входе в 1 мВ будет давать постоянное смещение на выходе 101 мВ. Для системы с напряжением питания 5 В такая погрешность сужает динамический диапазон приблизительно на 2%.

В беседах с заказчиками и разработчиками я всегда убеждаю их, что к выбору параметров AOL, CMRR и PSRR нужно относиться серьёзно, чтобы потом о них

Напряжение смещения ОУ из одной партии (а) может отличаться от устройства к устройству. То же самое касается и изменения напряжения смещения в зависимости от температуры (б)

Рис. 6.12. Напряжение смещения ОУ из одной партии (а) может отличаться от устройства к устройству. То же самое касается и изменения напряжения смещения в зависимости от температуры (б).

Коэффициент усиления напряжения смещения и сигнала один и тот же и равен 1 + R?/R-u-

Рис. 6.13. Коэффициент усиления напряжения смещения и сигнала один и тот же и равен 1 + R?/R-u-

не вспоминать. Просто нужно убедиться, что эти параметры находятся в нужных пределах (> 80 дБ). Три перечисленных параметра не могут нарушить работу банка, а вот привести к большому напряжению смешения могут.

На практике параметр AOL определяется выражением:

Подобное упрощение может вызвать определённые возражения со стороны разработчиков, но такое определение даёт лучшее представление о смысле данного параметра и способах его проверки. При вычислении коэффициента усиления при разомкнутой цепи ОС по этой формуле предполагается, что уровень напряжения синфазного сигнала на входе ОУ и напряжение питания остаются постоянными.

Для определения коэффициента усиления при разомкнутой цепи ОС (/lOL) берётся разность результатов для двух измерений напряжения смешения, причём большое значение напряжения смещения ОУ само по себе ещё не означает, что значение коэффициента AOL будет небольшим. Для проверки (измерения) этого параметра можно использовать схему, приведённую на Рис. 6.14.

Данная схема позволяет измерить такие параметры по постоянному току, как Ps. Лоь CMRR и PSRR

Рис. 6.14. Данная схема позволяет измерить такие параметры по постоянному току, как P0s. Лоь CMRR и PSRR.

Напряжение смещения для этой схемы равно:

Напряжение K|N1 изменяет выходное напряжение усилителя; напряжение K|N2 должно поддерживаться постоянным и равным (FDD Fss)/2 + Fssi напряжения Kss и VDD должны поддерживаться постоянными по отношению к FiN2, которое для данного усилителя является напряжением синфазного сигнала.

Погрешность коэффициента усиления при разомкнутой цепи ОС влияет на поведение схемы при изменении выходного сигнала усилителя. Если напряжение на выходе ОУ изменяется (вследствие изменений входного напряжения), то напряжение смещения станет таким, чтобы соответствовать погрешности коэффициента усиления при разомкнутой цепи ОС. Какова же тогда допустимая погрешность напряжения смешения? Если ОУ используется как буферный усилитель, то можно предположить, что погрешность смещения по большому счёту не будет иметь для пользователя никакого значения. На самом деле, напряжение смешения Fos усилителя будет влиять сильнее, чем погрешность коэффициента усиления при разомкнутой цепи ОС.

Перейдём к реальным цифрам. Если коэффициент усиления при разомкнутой цепи ОС усилителя равен 80 дБ (что довольно мало) и сигнал на выходе операционного усилителя изменяется от 500 мВ до 4.5 В, то изменения напряжения смешения будут равны приблизительно 0.4 мВ. Это незначительная величина по сравнению с величиной напряжения смещения усилителя, которое может достигать нескольких милливольт.

Данный параметр начнёт влиять на вашу схему, если увеличивать коэффициент усиления при замкнутой цепи ОС.

Перейдём к параметру CMRR (коэффициент ослабления синфазного сигнала). Практическое соотношение для вычисления этого параметра выглядит так:

Это что-то вам напоминает? Данный параметр можно измерить с помощью схемы, показанной на Рис. 6.14, но при этом напряжение на выходе усилителя и напряжение источника питания должны быть постоянными. Единственной переменной величиной в этом тесте будет напряжение синфазного сигнала усилителя

(*W-

Чтобы правильно выполнить тестирование, нужно, изменяя напряжение K1N!, обеспечить постоянство выходного напряжения усилителя по отношению к VDD и Ess. Уровень напряжения синфазного сигнала для устройств с комбинированным входным каскадом устанавливается путём изменения напряжения K)N2 в диапазоне от Ess до VDD если эти условия не соблюдаются, напряжение может ограничиваться при приближении к уровню положительного или отрицательного питания. Напряжения Kss и KDD остаются постоянными по отношению к Роит-

Пока отложим анализ этого параметра. Если коэффициент ослабления синфазного сигнала равен 80 дБ (т.е. не очень хороший), а входной сигнал изменяется в максимальных пределах для данного ОУ, то изменение напряжения смещения при изменении синфазного сигнала от VDD до Pss составляет 0.4 мВ.

Наконец, практическое выражение для вычисления PSRR (коэффициента подавления нестабильности напряжения питания) выглядит так:

Этот параметр можно оценить с помощью схемы, показанной на Рис. 6.14. При измерении PSRR выходное напряжение ОУ и напряжение синфазного сигнала должны оставаться постоянными, а напряжения источника питания следует изменять одновременно. Если начальные значения выходного и синфазного напряжения равны половине напряжения источника питания, то следует их такими и оставить.

Если проделать несложные математические расчёты, то станет очевидно, что PSRR оказывает незначительное влияние на погрешности операционного усилителя. Было бы очень странно, на самом деле, если бы схема была работоспособной лишь с источником питания, имеющим пульсации не более нескольких сотен милливольт.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >