Входные токи смещения

Параметры и характеристики ОУ

Идеальный и реальный ОУ

Для идеального операционного усилителя кроме этого справедливо:

- Коэффициент усиления дифференциального сигнала К бесконечно велик для любой частоты усиливаемого сигнала;

- Коэффициент усиления синфазного сигнала (напряжения общего для обоих входов) К_синф равен нулю;

- Отсутствует сдвиг нуля выходного напряжения;

- Скорость изменения выходного напряжения бесконечно велика;

- Температурный и временной дрейфы выходного напряжения отсутствуют.

Для реального ОУ в ряде случаев необходимо учитывать, что:

- Его коэффициент усиления ограничен и с ростом частоты сигнала уменьшается (правило 1 справедливо не всегда);

- Через входные электроды протекают небольшие токи смещения транзисторов, образующих входной дифференциальный каскад ОУ (причем эти токи не равны друг другу);

- К_синф больше нуля (в то же время К_синф много меньше К);

- Существует сдвиг выходного напряжения, обусловленный некоторым разбалансом входного дифференциального каскада (из-за разброса параметров транзисторов);

- Выходное напряжение «уходит» при изменении температуры.

Параметры и характеристики ОУ можно разделить на входные, выходные и характеристики передачи.

К входным параметрам относятся: входное напряжение сдвига U_вх.сдв. (напряжение сдвига нуля); входные токи смещения I_см^- (инвертирующего входа) и I_см⁺ (неинвертирующего входа); входной ток сдвига (разность входных токов) I_вх.сдв.; коэффициент ослабления синфазного сигнала К_{ос.синф.}; диапазон синфазных входных напряжений; температурный дрейф смещения нуля; температурные дрейфы входных токов смещения и входного тока сдвига; напряжение шумов, приведенное ко входу U_ш.

К группе выходных параметров относятся: выходное сопротивление R_вых; напряжение и ток выхода.

К характеристикам передачи относятся: коэффициент усиления по напряжению К; частота единичного усиления f₁; скорость нарастания выходного напряжения; время установления выходного напряжения; амплитудно-частотная характеристика.

ОУ строятся на транзисторах, в том числе и входной дифференциальный каскад, транзисторы которого работают в линейном режиме за счет соответствующего смещения. Поэтому через входы ОУ протекают небольшие токи смещения I_см^- и I_см⁺. Так как эти токи не равны друг другу, в справочниках приводятся средние величины I_см. Для ОУ на биполярных транзисторах I_см ³ 1 мкА, для ОУ на полевых транзисторах I_см £1пА.

Рис.2.94. Входной дифференциальный каскад ОУ

Влияние входных токов смещения на выходное напряжение, прежде всего, зависит от величин сопротивлений, подключенных к инвертирующему и неинвертирующему входам ОУ, рис.2.95.

Ток I_см^- , протекающий по R_ос, создает в нем падение напряжения R_ос I_см^‑, рис.2.95.а. Так как входное напряжение схемы равно нулю, выходное напряжение согласно правилу 1 равно разности потенциалов выхода ОУ и инвертирующего входа. Таким образом, выходное напряжение ОУ, обусловленное током смещения I_см^- :

U_вых (I_см^-) = R_ос I_см^- (2.1)

Ток I_см⁺, протекающий по внутреннему сопротивлению генератора R_г при Е_вх = 0 создает разность потенциалов между неинвертирующим входом и землей равную R_г I_см⁺, рис.2.95.б. Согласно правилу 1, выходное напряжение ОУ, обусловленное током смещения I_см⁺ :

U_вых (I_см⁺) = R_г I_см⁺ (2.2)

Рис.2.95. Протекание входных токов смещения в схемах с ОУ

а. – ток смещения инвертирующего входа;

б. – ток смещения неинвертирующего входа;

в. – токи смещения обоих входов ОУ.

Для измерения входного тока смещения ОУ достаточно измерить его выходное напряжение при отсутствии сигнала на входе в схемах, рис.2.95.а и рис.2.95.б. Расчет соответствующих величин токов смещения производится по формулам (2.1) и (2.2). Входной ток смещения получается как средняя величина I_см⁺ и I_см^-. Необходимым условием измерений является то, чтобы величины сопротивлений R_ос и R_г были достаточно большими (сотни кОм). Для более точного измерения I_см^- предназначена схема, рис.2.96.

Рис.2.96. Схема для измерения входного тока смещения

Ток I_см^- задает на резисторе R^¢ падение напряжения R^¢ I_см^-. Такое же напряжение устанавливается на резисторе R_вх (правило 1). Обычно R^¢ > R_вх и R_ос » R^¢. Величина I_вх = (R^¢ I_см^-)/ R_вх, так как в силу правила 1 потенциал точки А равен R^¢ I_см^-.

Выходное напряжение определяется следующим образом:

U_вых (I_см^-) = (I_вх + I_см^-) R_ос + R^¢ I_см^- = R_ос I_см^-(1+ R^¢/ R_вх) + R^¢ I_см^- .

Учитывая, что R^¢ > R_вх и R_ос » R^¢, выражение для выходного напряжения можно переписать в следующем виде: U_вых (I_см^-)»(R^¢/ R_вх) R_ос I_см^-. Таким образом, влияние I_см^- на выходное напряжение в схеме, рис.2.95.в, в (R^¢/ R_вх) раз больше, чем в схеме, рис. 2.95.а.

Дата добавления: 2014-01-07