Влияние неидеальности свойств ОУ

Дополнение к лекции №9

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ

Лекция №10

При обсуждении свойств усилителей напряжения с ОУ принималось, что ОУ идеальный: U _{вых,макс} =E _ип, K_U=∞, R _вх =∞, R _вых=0, f _гр =∞.

В какой мере и в каких условиях это справедливо для реальных ОУ?

Рассмотрим, например, коэффициент усиления по напряжению неинвертирующего усилителя с отрицательной обратной связью (рис.9.11).

Из схемы следует, что в режиме холостого хода (при отсутствии нагрузки)

U_вых = K_U*(U_вх1 - U_вх2), U_вх1- напряжение входного сигнала,

U_вх2 = U_вых* R₁’/(R₂ + R₁’), где R₁’= R₁* R_вх / (R₁ + R_вх).

Коэффициент усиления рассматриваемого усилителя равен

K_UОСхх = U_вых / U_вх1 =

K_U*(U_вх1- U_вых* R₁’/(R₂+R₁’)) / U_вх1 =

K_U*(1- K_UОСхх * R₁’/(R₂+R₁’)).

Отсюда

K_UОСхх(1/ K_U + R₁’/(R₂+R₁’))= 1 и K_UОСхх=1/(1/ K_U + 1/(1+R₂/ R₁’))

или

.

Ранее было получено для идеального ОУ K_UОСхх = (1 + R₂ / R₁). Известные значения K_U, R₂, R₁, R_вх позволяют оценить погрешность расчетов по приближенной формуле. Погрешность мала и формулы совпадают, если K_U>> 1 + R₂ / R₁ и R_вх >>R₁. Отсюда следуют практические рекомендации по выбору сопротивлений резисторов R₂ и R₁ по известным параметрам ОУ.

Другой пример связан с напряжением смещения. При изучении передаточной характеристики ОУ по неинвертирующему входу (рис.9.4) было получено смещение U _вх,ср = 19 мкВ. Это напряжение на входе ОУ приводит к появлению постоянной составляющей напряжения на выходе и способно уменьшить динамический диапазон усилителя.

Если эти последствия нежелательны, то можно уменьшить напряжение смещения дополнительными делителями, как на рис. 9.17.

Рис.9.17. Схема компенсации напряжения смещения.

В этой схеме резисторы Rk1…Rk4 создают на неинвертирующем входе дополнительное постоянное напряжение, противоположное напряжению смещения. Для получения компенсации переменными резисторами Rk1 и Rk2 производят регулировку до отсутствия напряжения на выходе при нулевом напряжении на входе. При этом передаточная характеристика (рис.9.18) проходит через точку Uвх=0, Uвых=0.

Рис. 9.18. Передаточная характеристика ОУ с компенсацией напряжения смещения.

Отрицательная обратная связь (ООС) уменьшает коэффициент усиления и, следовательно, влияние напряжения смещения. Поэтому в усилителях с ООС по постоянной составляющей можно мириться с наличием напряжения смещения.