Главная Операционные усилители



нарастать, как только будет подано питание или будет выключен переключатель сброса. Буквально через несколько секунд усилитель войдет в насыщение, и выходное напряжение установится равным своему предельному значению, т. е. напряжению питания Vcc или Vee- Причиной этому нежелательному явлению служит сумма всех тех смещений, которые присущи обычному, реальному операционному усилителю. Они вызывают появление тока заряда конденсатора, причем этот ток не является откликом напряжения на входе.

Скорость нарастания выходного напряжения, вызванного смещениями, определяется постоянной времени RC-mnn, а также величиной и полярностью напряжений смещения. Для компенсации дрейфа используется потенциометр Rs. С его помощью вырабатывается ток, величина и полярность которого таковы, что позволяют скомпенсировать напряжение смещения. Если смещение сведено к нулю, выходное напряжение будет оставаться постоянным до тех пор, пока на входе не появится сигнал.

Кроме того, уменьшить сложность проблемы позволяет правильный выбор операционного усилителя. Я испытал целый ряд операционных усилителей и убедился, что в параметрах, характеризующих дрейф интегратора, вызванный смещениями, имеется большой разброс. Можно было предвидеть тот факт, что характеристики дрейфа будут наихудшими у схем типа 741. Скорость дрейфа усилителя 741 составляет 4-5 В/с. В результате насыщение интегратора наступает примерно через 3 с (если используется напряжение питания ±15 В).

Несколько удивительным, однако, является тот факт, что большинство исследованных мной операционных усилителей высшего класса также оказались весьма плохими в отношении дрейфа, причем некоторые из них не лучше самых низкокачественных из серии 741. Были испытаны устройства дА725 разных фирм, и результаты оказались довольно разочаровывающими. Хотя температурный дрейф у этих устройств был вполне приемлемым, в пределах установленных допусков, дрейф интегратора оказался равным примерно 1,5 В/с. Это меньше, чем

Рис. 22.13. Интегратор.

Перечень элементов схемы Rs, Ли - подстроечные потенциометры с линейным изменением сопротивления, i?? - точность 1% (или 5% для тонкослойного металлизированного); Ri7, /?2о - регулировочные потенциометры с линейным изменением сопротивления, смонтированные на передней панели (если, как это часто бывает, допустимо меньшее разрешение по усилению, то можно применить однооборотные потенциометры); Ci-Cs - мила-ровые или более высококачественные; если не оговорено противное, все резисторы тонкослойные углеродистые, с номинальной мощностью 0,25 Вт и точностью 5%; Ce-Cs - слюдяные посеребренные или более высококачественные; Сд, Сю - на рабочее напряжение 25 В или более; Уь Уз, У4 - операционные усилители типа 741 в миниатюрных корпусах типа DIP, для улучшения характеристик можно применить такие же ИС, как и для Уг, Уг -ИС типа СА3140Т или СА3140АН фирмы RCA; Si - переключатель типа SPST, шарнирный рычажный; 5г - поворотный переключатель типа SPIIT, S3 - кнопка включения типа SPST с нормально разомкнутыми контактами; S4 - миниатюрный шарнирный рычажный переключатель типа SPST или DPDT; /ь /г - штепсельные разъемы с одним гнездом, смонтированные на шасси; /3 - разъем типа Amphenol MS3102B-14S 5Р, /4 -деталь, сопряженная с /з в соответствующем корпусе (например, MS-3106B-14S 5).



у схем типа 741, но недостаточно для использования схемы в качестве интегратора. Странно, что лучшим среди имеющихся у меня устройств оказалась недорогая схема СА3140АН фирмы RCA. В показанной на рисунке схеме она имела дрейф 0,4 В/с. Несколько позднее, когда я понял, как сделать действительно работоспособный интегратор, я обнаружил, что схема САЗ 140 работает еще лучше (в отношении дрейфа) при пониженных напряжениях и если предусмотрен радиатор. Большинство транзисторных ребристых радиаторов типа ТО-5 подходит также к корпусам операционных усилителей, и это помогает предотвратить дрейф. Работа устройства улучшается также при уменьшении напряжений Vcc и Уе? до ±5 В; при этом, правда, уменьшается полный диапазон на выходе.

В действительно тяжелых случаях целесообразно вместо потенциометра Rs использовать пару последовательно соединенных потенциометров, которые можно пометить надписями «грубо» и «точно». Для грубой регулировки потенциометр должен быть со значением 2000 Ом, а для точной - со значением 200 Ом. -

Другой вид дрейфа на выходе возникает только тогда, когда ко входу приложен сигнал. По величине он меньше, чем дрейф, рассмотренный выше. Если во входном сигнале есть какая-либо компонента смещения по постоянному току, как это почти всегда бывает, то эта компонента заряжает интегрирующий конденсатор и на выходе наблюдается смещение средней линии сигнала. Это смещение уменьшается благодаря сопротивлению Rii, подключенному параллельно конденсаторам.

Для установки интегратора на ноль предусмотрено реле К\. Когда замкнут кнопочный выключатель S3, реле срабатывает и разряжает конденсатор, выбранный с помощью переключателя S2. Для подавления индуктивного импульса, возникающего при размыкании кнопки S3, предусмотрен диод Дь

Выбор подходящего значения емкости зависит от частоты входного сигнала, который необходимо интегрировать, и от допустимой максимальной амплитуды на выходе. Вообще чем выше частота на входе, тем меньшее значение должна иметь емкость С. В приборах для научных исследований чаще всего встречаются такие частоты, для которых требуемые значения емкости лежат в пределах от 0,001 до 0,1 мкФ, причем наиболее часто выбирается значение 0,01 мкФ.

Если выбрано слишком малое значение емкости, то выходной сигнал будет сильно искажаться. Рассмотрим выражение (22.15). Постоянный множитель (1/RC) перед интегралом имеет разные значения: от 10 в положении 8 до 22 000 в положении 1, в зависимости от выбранных значений сопротивления (1 МОм) и емкостей. Ясно, что из-за этого может произойти насыщение усилителя даже при малых амплитудах входных сигналов.



По этой причине в схеме предусмотрен входной аттенюатор. Если при выбранном значении емкости входной сигнал слишком велик, то с помощью аттенюатора его можно уменьшить, а затем уже подать на вход интегратора.

Рассматриваемая схема работает как интегратор в диапазоне от частоты постоянного тока до 100 кГц. На более высоких частотах из-за естественного спада частотных характеристик операционных усилителей типа 741, использованных в больщинстве каскадов, происходит сильное ослабление сигнала, которое не всегда нежелательно, особенно при высоких значениях множителя постоянной времени.

Одним из свойств интегратора является то, что он работает как фильтр нижних частот. Использование емкости в цепи отрицательной обратной связи операционного усилителя приводит к тому, что высокие частоты передаются обратно на вход в большей степени, чем низкие. Это означает, что они ослабляются в большей степени, чем низкие частоты. Обычно можно найти подходящее положение переключателя S2, при котором нежелательные высокочастотные компоненты выходного сигнала ослабляются, но свойства схемы как интегратора не проявляются. Большое значение при этом имеет правильный выбор постоянной времени (?С)-интегратора.

Процедура регулировки

Установите органы управления следующим образом: Sj и 54 - разомкнуты; S2 - в положение 11; Rs, Ru и R20 - в среднее положение и Ri? - на максимальное сопротивление.

Процедура состоит в следующем:

1. Включите 54 и дайте аппаратуре прогреться в течение 15 мин. Не волнуйтесь, если выходное напряжение возрастет до максимума и вам покажется, что схема войдет в насыщение (на самом деле это, конечно, так, но на данном этапе это неважно) .

2. Отрегулируйте R20 так, чтобы напряжение в точке А было равно нулю (±10 мВ).

3. Отрегулируйте Ru так, чтобы напряжение в точке В было равно нулю (±10 мВ).

4. Отрегулируйте Rs так, чтобы напряжение в точке Сбыло равно нулю (±10 мВ).

5. На гнездо Ji подайте прямоугольное колебание (меандр) 1 В, 100 Гц (частота не очень существенна).

6. С помощью осциллографа убедитесь в налачии сигнала на выходе.

7. Отключите источник сигнала; переведите S2 в положение 8 и заземлите гнездо /1.

8. Нажмите кнопку установки нуля S3.

9. Если на осциллографе наблюдается смещение выходного



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 [122] 123 124 125 126


0.0316