Схемотехническое проектирование реальной модели ОУ. Схемотехника модели. Формирование малосигнальных параметров. Определение параметров статических ошибок ОУ.

Эквивалентная нагрузка:

Коэффициент передачи первого каскада:

Коэффициент передачи второго каскада:

Действие источников статической ошибки характеризуют с помощью одного эквивалентного генератора ЭДС Uошвх, включенного последовательно с не инвертирующим входом (рисунок).

На рисунке 3 изображена схема, на которой основные источники, обуславливающие напряжение Uошвх, представлены эквивалентными генераторами постоянных токов

Iвх+ и Iвх– и генератором постоянного напряжения U см 0. Токи Iвх+ и Iвх-, протекая по внешним по отношению к входным клеммам ОУ цепям, создают постоянные напряжения URc+ и URc–. Генератор Uсм0 характеризует сдвиг относительно начала координат графика амплитудной характеристики ОУ по оси напряжений Uд (рисунок 4). Напряжение Uсм0 называется напряжением смещения нуля.

В наихудшем случае, когда все факторы, порождающие эквивалентное напряжение Uошвх, не создают взаимно компенсирующего воздействия, оценка значения напряжения Uош вх может быть осуществлена по формуле

Uош вх ≈ | Uсм0 | + | αt ∆ t | + | αE ∆Eп| + | Iвх+ Rс+ – Iвх– Rс– |,

где Rc+, Rc– – полное сопротивление на постоянном токе цепей, внешних по отношению к не инвертирующему и инвертирующему входам ОУ; αt – температурный коэффициент

напряжения смещения нуля, В/град.; αЕ – коэффициент влияния изменений напряжения

источника питания Eп на напряжение смещения нуля; Δt, ΔEп – отклонения температуры и напряжения источника питания от их номинальных значений.

Приближенный характер соотношения (1) обусловлен тем, что оно не учитывает

воздействие на ОУ синфазной составляющей паразитных постоянных напряжений. Обычно при типовом построении схемы влияние этой составляющей имеет пренебрежимо малое значение.

Токи Iвх+ и Iвх– наиболее существенны в схемах, организованных на ОУ, в которых

входной каскад выполнен на биполярных транзисторах. В таких ОУ в качестве этих токов выступают базовые токи транзисторов входного дифференциального каскада, в результате чего токи Iвх+ и Iвх– имеют приблизительно одинаковые значения. В этих условиях, согласно (1), для уменьшения напряжения Uош вх желательно по возможности обеспечить равенство сопротивлений Rс+ и Rс–, например, за счет включения последовательно с одним из входов ОУ дополнительного сопротивления. При равенстве сопротивлений Rс+ и Rс-- последнее слагаемое в (1) имеет наименьшее значение, а соотношение (1) можно представить в следующем виде:

Uош вх ≈ | Uсм0 | + | αt ∆ t | + | αE ∆Eп| + | ∆Iвх Rс |,

где ΔIвх= Iвх+ - Iвх- – разность входных токов Iвх+ и Iвх- в условиях, когда

Rс+= Rс– = Rс.

Для существующей номенклатуры операционных усилителей значения напряжения Uошвх лежат в пределах от единиц микровольт до десятков милливольт. Первые из

указанных значений относятся к высококачественным прецизионным ОУ, вторые – к ОУ с полевыми транзисторами на входе.

Формирование неискаженной амплитуды и нагрузочной способности ОУ. Обеспечение режима работы по постоянному току и защиты от случайных коротких замыканий (КЗ). Формирование АЧХ и ФЧХ ОУ и их коррекция.

Схема вкелючения ОУ во внешнюю показана на рис. 1.12. Она содержит два источника питания и , сопротивление нагрузки Rн и источник входного диф напряжения Uвх.

Выходное напряжение можеть быть двухполярным, так же как и входное, причем если Uвх=0, то Uвых=0(условие баланса).

В зависимости от точки заземления источника сигнала Uвх различают неинтегрирующую (1) и интегр.(2) операционные схемы (ОС) рис.1.13.

Так как в схеме ОУ (см рис 1.12) внешняя ООС отсутствует, то наклон амплитудной характеристики ОУ равен собственному коэффициенту передачи

Предельная амплитуда Uвых приближается к напряжению источника питания Eп, так как при ограничении выходного сигнала оконечные транзисторы ОУ находятся в насыщении, и разность напряжений () составляет несколько десятков долей вольта.

Вблизи предельных величин выходных напряжений нелинейность амплитудной характеристики становится значительной, поэтому часто амплитуду неискаженного выходного сигнала ОУ определяется при уровне нелинейных искажений.

Таким образом, эквивалентная схема ОУ, учитывающая усилительные параметры, входное и выходное сопротивления и статические ошибки, может быть представлены рис.1.20. Кроме этого, приняты во внимание генераторы выходных ошибок. При малом внутреннем сопротивлении Ri источника сигнала основную роль играет генератор напряжения выходной ошибки Uош, а при большом- генераторы токов ошибок Iош.

Генераторы токов ошибок Iош эквивалентны выходным токам ОУ, которые, как следует из определения идеального ОУ, должны стремиться к нулю.

Ток ошибок состоит из базового тока входного транзистора ОУ Iвх, термозависимой части этого тока (ТКiвх* )? Из дрейфовой части, характеризуемой средним временным дрейфом тока (СВДТ) и накапливающейся за время , а также из составляющей, возникающей при изменении питающих нарпяжений (ООВПТ* ). Последняя составляющая характеризуется относительным ослаблением влияния питающего напряжения на выходной ток и определяется выражением

Для соответствия эквивалентной схемы реальному ОУ (см рис 1.20) необходимо, чтобы генератор генерировал токи

Если на входе ОУ присутствует внешняя синфазная ЭДС, то необходимо учесть

На эквив. Схеме могут быть отражены и шумовые параметры ОУ, которые моделируются соответсвующими герераторами шумовог напрядения и тока.