Главная Операционные усилители



чине, но противоположное по знаку воздействие, поэтому выходное напряжение теоретически сводится к нулю. Коэффициент ослабления синфазной составляющей (КОСС) является мерой способности дифференциального усилителя к ослаблению синфазных сигналов. Он оценивается в децибелах:

КОСС(дб) = 201Е(Л,р/4(сс)). (7.3)

где А„р - коэффициент усиления дифференциального напряжения, А„(сс) - коэффициент усиления синфазного напряжения, определяется по схеме рис. 7.1, в которой {Ei-£2)=, а вых обусловлено только напряжением £3:

"" £2) =0. (7.4)

(co)

Для большинства операционных усилителей КОСС достигает 120 дБ и даже для тех схем, которые можно приобрести почти задаром, часто превышает 80 дБ. Это значит, что при 120 дБ они усиливают дифференциальный сигнал почти в миллион раз сильней, чем синфазный.

Очевидно, что при этом влиянием синфазных сигналов можно пренебречь, за исключением наиболее критичных приложений. А может быть, и в критичных схемах синфазные сигналы можно не принимать во внимание? К сожалению, КОСС снижается почти сразу после включения операционного усилителя в реальную схему, так как другие факторы приводят к разбалансу дифференциальных входов усилителя.

Однокаскадные схемы операционных усилителей

Простейшая схема операционного усилителя с дифференциальными входами показана на рис. 7.2. Коэффициент усиления дифференциального сигнала для этой схемы определяется следующим выражением:

Л, = ад, (7.5)

если

1 = 2 и = R-\-R,

С этой схемой связаны две проблемы, которые в определенных практических случаях могут проявиться, а могут и не проявиться. Одна проблема состоит в том, что входной импеданс ограничен значениями сопротивлений R\ и R2, а не действительным значением ZbxHC.

Если входной импеданс увеличить за счет увеличения этих сопротивлений, то могут возникнуть затруднения с получением высокого значения коэффициента усиления. Это как раз тот случай, когда два требования противоречат друг другу, и для того, чтобы выйти из затруднения, необходимо принять компромис-




» Регулировка

г\ косе

Рис. 7.2. Простой однокаскадный дифференциальный операционный усилитель.

сное решение. Например, обычно допускается уменьшение R\ и 7?2 до значения, в 10 раз превышающего выходной импеданс схемы формирования входных сигналов. Во всех практических случаях источники входных сигналов (другие электронные схемы или датчики) обладают определенным выходным импедансом. В большинстве случаев он лежит в диапазоне от 100 до 1000 Ом. Исключение составляют (и это имеет немаловажное значение) некоторые электроды (например, рН), применяемые в биофизических и химических экспериментах. Если вы столкнетесь с таким случаем, когда импеданс источника не превышает 1000 Ом, то для R\ и Ri подойдет значение 10 кОм. Для поддержания высокого значения КОСС необходимо, чтобы выполнялось условие Ri=R2 и R3=Ri-\-R5. Потенциометр Rs обычно маркируют как «регулировка КОСС», потому что он помогает установить оптимальное значение КОСС путем компенсации последствий несогласованности резисторов. Конечно, мы по-прежнему должны исходить из того, что резисторы Ri и R2 должны быть согласованными, но обычно удобнее пользоваться такими резисторами, у которых допуск на сопротивление составляет 1%. Можно также вручную отсортировать их с помощью прецизионного омметра или моста Уитстона.

Как показывает практика, желательно строить схему таким образом, чтобы при установке потенциометра в среднее положение выполнялось условие: R3=Ri-\-R5. Желательно также, чтобы полное значение Rs составляло приблизительно 10% Ri-В качестве R5 следует использовать регулировочный потенциометр. Понятно, конечно, что допуск на резистор, выбранный в качестве R4, оказывает некоторое влияние на допустимую вели-



чину полного диапазона R5. Все наши действия направлены на то, чтобы добиться такого положения, при котором сопротивление Rs вносило бы по возможности минимальную долю в изменение величины {Ri+Rs) при изменении Rs- Это помогло бы получить максимально возможную точность при регулировке КОСС.

Процедура регулировки КОСС (R)

1. Подключите к выводу С, с которого снимается £вых, чувствительный осциллограф.

2. Замкните накоротко точки А я В.

3. На закороченные выводы А/В подайте синусоидальный сигнал, имеющий частоту 100 Гц (или около того). Отрегулируйте амплитуду синусоидального сигнала так, чтобы она составляла несколько вольт (среднеквадратическое значение) или же имела такое значение, которое непосредственно предшествует амплитуде ограничения сигнала.

4. Отрегулируйте R5 так, чтобы выходное напряжение, снимаемое в точке С, было минимальным. За выходным сигналом следите с помощью осциллографа.

5. Повторяйте шаг 4, используя более чувствительное положение входного селектора вертикально отклоняющей системы осциллографа, до тех пор, пока не убедитесь, что дальнейшее уменьшение Еых не происходит. Это значение должно лежать вблизи уровня шума, и ему должно соответствовать наиболее высокое значение КОСС.

Увеличение коэффициента усиления

Бывают случаи, когда, с одной стороны, импеданс источника обусловливает такие значения сопротивлений Ri я R2, которые должны превосходить 10 кОм, а с другой стороны, к значению коэффициента усиления по напряжению предъявляются такие требования, которые не так-то легко удовлетворить при разумных значениях R. В подобной ситуации полезной может оказаться схема, подобная той, которая показана на рис. 7.3. В этой схеме усилитель У] представляет собой простой дифференциальный усилитель постоянного тока и используется в качестве формирователя входного сигнала для усилителя Уг, имеющего несимметричный вход. Значение коэффициента усиления по напряжению усилителя У1 поддерживают таким, чтобы оно не превышало 100, а недостающее усиление получают с помощью усилителя Уг. Для схемы подобного типа

4 = (ад)(ад), (7.6)

при условии, что Ri=R2 я R3 = R4+R5-



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


0.0101