Моделирование влияния характеристик неидеальности ОУ на параметры усилительного каскада

Важными характеристиками ОУ являются смещение нуля и паразитные вход­ные токи. Эти параметры определяют точностные характеристики таких устройств как аналоговые вычислительные машины, разнообразная измерительная техника и т.д.

Параметры операционных усилителей:

- напряжение смещения нуля U_см, В (Input offset voltage Vos[VOS]) - напряжение, которое нужно подать на вход ОУ, чтобы выходное напряжение равнялось нулю. Эта величина определяется разбросом параметров компонентов, входящих в состав ОУ; для компенсации U_см в большинстве ОУ применяются специальные выводы для подключения цепей подстройки;

- входные токи I_вх, A (Input bias current lbs [IBS]) - токи, протекающие через входные зажимы ОУ; они обусловлены токами базы входных биполярных транзисторов или токами утечки затворов полевых транзисторов. Входные токи создают на внутреннем сопротивлении источника сигнала падение напряжения, которое вызывает появление напряжения на выходе при отсутствии на входе внешнего сигнала;

- разность входных токов ΔI_вх, A (Input offset current los [IOS]) - достигает 10-20% от I_вх, создает на входе ОУ разность потенциалов, приводящую к смещению нуля на выходе;

- выходное напряжение U_вых, В (Uoos);

- напряжение, вызванное входными токами I_bc U_ois, В;

- напряжение, вызванное разностью входных токов I_los. U_oib, В.

Для инвертирующего усилителя выходное напряжение, вызванное напря­жением смещения нуля V_os, определяется выражением:

U_oos=V_os(1+R3/R1) (1)

а вызванное входными токами I_bc и их разностью l_off – соответственно выраже­ниями:

U_ois=I_bc(R2-R1|| R3|| Ri) (2)

U_oib=I_offR3 (3)

где значок || означает параллельное включение сопротивлений, R_i - входное сопро­тивление ОУ. Формула (2) получена в предположении, что входные токи I_bc имеют одинаковое направление - или втекающие, или вытекающие из входных зажимов ОУ

- в зависимости от типа используемых во входных каскадах транзисторов.

Для моделирования влияния дестабилизирующих факторов на выходное на­пряжение операционного усилителя (ОУ) используется схема, приведенная на ри­сунке.

23) Нарисуйте схему. Поскольку в процессе эксперимента придется варьировать параметры ОУ, для предотвращения изменения библиотечного компонента целесообразно организовать новую библиотеку и скопировать в нее выбранный компонент, например, ОУ МС1456 (отечественный аналог КР140УД6) (LIBRARY - MOTOROLA). Для этого произведите следующие действия:

- щелкните два раза левой кнопкой мыши по ОУ. В появившемся окне
нажмите кнопку NEW LIBRARY и дайте имя новой библиотеке;

- найдите нужный элемент в основной библиотеке (ОУ МС1456); на­жмите кнопку COPY;

- в списке ОУ найдите вновь созданную библиотеку и нажмите кнопку
PASTE;

- после нажатия кнопки можно редактировать параметры своего ком­понента.

Моделирование производите в следующем порядке:

24) В режиме редактирования характеристик ОУ установите значения I_bc=I_off=0, а для V_os выберите значения 1, 3, 5, 10 мВ. Для этого
щелкните два раза левой кнопкой мыши по ОУ, в появившемся окне
нажмите кнопку EDIT, и в полученном окне измените параметры. С
помощью мультиметра измерьте соответствующие заданным значениям напряжения V_os выходные напряжения U_oos. Для этого
откройте меню INSTRUMENTS и достаньте мультиметр (MULTIMETER), раскройте мультиметр; Соедините плюсовую клемму мультиметра с выходом ОУ, а минусовую клемму мультиметра - с землей. Установите следующие параметры мультиметра: вид измерений - V, измеряемое напряжение — постоянное.

25) Проведите расчёт выходных напряжений U_oos по формуле (1) для
вышеуказанных значений V_os. Результаты измерений и вычислений
занесите в таблицу:

26) Установите V_os=О, I_Ios=0, для I_bc выберите 1е-10, Зе-10, 5е-10, 1е-9 А и для этих значений измерьте U_oos; сравните с данными рас­четов по формуле (2). Результаты занесите в таблицу:

27) Установите V_os=0,I_bc=0, и для I_off выберите значения 1е-10, Зе-10, 5е-10 А; для каждого значения I_off измерьте U_oos и сравните с дан­ными расчетов по формуле (3); повторите опыт при I_bc=1e-9 А, по­сле чего сделайте вывод о взаимном влиянии I_off и I_bc. Результаты занесите в таблицу:

1) V_os=0, I_bs=1e-9 A.