Токи смещения

Смещение, сдвиги и дрейф операционных усилителей

При рассмотрении выше схем идеальных усилителей (п.п..1 и.2) были приняты ряд условий, в том числе: входные токи ОУ настолько малы, что в расчет их не принимали, коэффициент усиления ОУ был постоянен и не зависел от частоты сигнала.

В идеальном случае выходное напряжение должно быть равно произведению входного сигнала постоянного тока на коэффициент усиления усилителя с обратной связью. Однако к этому входному напряжению может добавляться составляющая ошибки, которая возникает из-за различия между идеальным и реальным ОУ. Если составляющая ошибки сравнима с идеальным значением выходного напряжения, мы должны учитывать эту ошибку и попытаться свести ее к минимуму.

Существуют следующие параметры ОУ, которые вносят вклад в ошибку в выходном напряжении усилителя на постоянном токе: входные токи смещения, входной ток сдвига, входное напряжение сдвига и дрейф.

Для усилителя переменного тока существенными являются проблемы, связанные с частотной характеристикой и скоростью нарастания.

При использовании ОУ в усилителе переменного тока ошибка в выходном напряжении по постоянному току практически исключается благодаря наличию конденсаторов связи.

В табл. 1 указаны параметры ОУ, влияющие на его работу в различных схемах в зависимости от величины сигнала.

Условно считаем, что

V_вых мало – если амплитуда ≤ 1 В

V_вых велико – если амплитуда > 1 В

Параметры ОУ, которые вызывают ошибки в основном на постоянном токе, рассмотрены в этом параграфе.

Параметры, дающие ошибки при усилении сигналов переменного тока, рассмотрены ниже.

Дадим определения параметров.

До сих пор мы считали, что входные зажимы ОУ не потребляют ток. На практике это не так.

Таблица.1

Параметры ОУ, которые могут влиять на характеристику схемы	Область применения
Усилитель постоянного тока	Усилитель переменного тока
Vвых мало	Vвых велико	Vвых мало	Vвых велико
Входной ток смещения	+	+ / –	–	–
Ток сдвига	+	+ / –	–	–
Входное напряжение сдвига	+	+ / –	–	–
Дрейф	+	–	–	–
Частотная характеристика	–	–	+	+
Скорость нарастания	–	+	–	+

В таблице: + есть влияние, – нет влияния, + / – влияние может быть

Токи смещения – токи поступающие на входы (+) и (-) ОУ.

Обычно ток смещения входа (-) I_см^- не равен току смещения (+) I_см⁺.

В паспорте на ОУ производителем часто приводится средний входной ток смещения :

(19)

Величина I_см лежит в диапазоне от 1 мкА и больше для ОУ общего применения до 1 пА и меньше у ОУ с полевыми транзисторами на входе.

Входной ток сдвига – разностью между абсолютными значениями токов смещения I_см⁺ и I_см^-.

(.20)

Изготовители ОУ определяют I_{вх сдв} при V_вх= 0 В и температуре +25˚С.

Типичное значение I_{вх сдв} по крайней мере в 4 раза меньше среднего входного смещения I_см.

Чтобы минимизировать ошибки в V_вых от токов смещения у инвертирующего (или неинвертирующего) усилителя необходимо добавить в схему резистор R, как показано на схеме (рис.1.4).

В отсутствии сигнала на входе V_вых зависит от R_ос, умноженного на I_{вх сдв}.

Резистор R называется резистором компенсации по току и его сопротивление равно сопротивлению параллельно соединенных резисторов R_вх и R_ос.

(21)

Резисторы R_вх и R должны включать в себя сопротивление генераторов сигналов. При наличии в схеме резистора R ошибка в напряжении V_вых уменьшается от R_осI_см^- до величины R_осI_{вх сдв}.

В предельном случае при I_см⁺=I_см^-, I_{вх сдв}= 0, и V_вых= 0

(.22)

В общем случае компенсация токов смещения выполняется с учетом следующего принципа. Сопротивление постоянному току между входом (+) и землей должно быть равно сопротивлению постоянному току входом (-) и землей.

Пример 3.

На схеме инвертирующего усилителя (рис..4) R_ос= 100 кОм

Найти оптимальную величину компенсирующего сопротивления R для случаев, когда R_вх равно а) 10 кОм, б) 100 кОм.

Решение:

Определим величину компенсирующего сопротивления (21).

а) Для R_вх = 10 кОм

б) Для R_вх = 100 кОм

Дата добавления: 2014-01-15