Электроника - практический курс - Джонс М.Х.
ISBN 5-901095-01-4
Скачать (прямая ссылка):
RxRf
R2= ¦' s-
Rx+Rf-
Рис. 11.2. Возникновение разностного входного напряжения смешения Vt - V:
в результате протекания начальных входных токов (/, и /2) по резисторам
Л, и Л2, включенным между входами и землей.
Может показаться, что можно вовсе избежать появления напряжения смещения,
выбрав резисторы так, чтобы сопротивления между каждым из входов и землей
были равны. К сожалению, на практике дело обстоит не так просто; может
существовать небольшой разбаланс между частями схемы внутри ОУ, и поэтому
начальные токи не равны.
Разность двух начальных входных токов называют входным током смещения',
его величина у ИС 741 достигает 20 нА. Поэтому не стоит беспокоится о
согласовании сопротивлений на входах с большей точностью, чем 20%.
Однако необходимо принять во внимание еще один фактор, состоящий
276 "Строительные блоки" аналоговой электроники на интегральных
микросхемах
Рис. 11.3. Возникновение напряжения смешения в часто встречающейся схеме
с обратной связью.
в том, что - безотносительно к напряжениям, поступающим на входы извне, -
у самой ИС имеется собственное небольшое напряжение смещения на входе; у
ИС 741, например, оно - порядка 1 мВ. Начальные токи и ток смещения имеют
величину порядка десятков наноампер (10-9 А) и не играют сколько-нибудь
существенной роли до тех пор, пока сопротивления на каждом из входов
составляют несколько сотен или тысяч ом, как это чаще всего и бывает. Но
протекая по сопротивлению 100 кОм, ток в 100 нА создает на нем разность
потенциалов 10 мВ, которая уже может оказаться сравнимой с усиливаемым
сигналом.
Более серьезным, чем наличие определенного результирующего смещения,
является тот факт, что начальные токи и ток смещения меняются с
температурой. Дрейф тока смещения у ИС 741 составляет, как правило, 1
нА/°С, и это может вызывать дрейф выходного напряжения.
Из этого следует, что целесообразно установить верхний предел для
сопротивлений резисторов, включаемых между каждым из входов и землей; для
ИС 741 таким пределом может быть 500 кОм. В практике промышленного
проектирования считается правильным ограничиваться максимальным значением
50 кОм для лучшей стабильности по постоянному току. Когда требуется,
чтобы резисторы на входах имели большее сопротивление, применяют ОУ со
значительно меньшими начальными токами, которые имеются в наличии, но
стоят дороже, чем ИС 741. В ИС LM308 входные транзисторы имеют очень
большой коэффициент усиления ("супер-бета" транзисторы) и достигается
значение начального входного тока 7 нА, а входной ток смещения
оказывается равным всего лишь 1,5 нА.
Для того, чтобы входные токи были значительно меньше, нужны схемы с
полевыми транзисторами на входах. К такого рода схемам относится ИС TL071
фирмы Texas, у которой начальный входной ток равен 30 пА, а входной ток
смещения - 5 пА; при таких токах допустимы большие сопротивления на
входах, например, 100 МОм. При использовании полевых транзисторов
приходится жертвовать входным напряжением смещения: типичное значение
этой величины у ИС TL071 равно 3 мВ, тогда как у ИС 741 всего лишь 1 мВ.
Это обусловлено, главным образом, тем, что трудно изготовить два идеально
подогнанных один к другому полевых транзистора; это обстоя-
Операционный усилитель 277
тельство приводит также к тому, что входное напряжение смешения в схеме
на полевых транзисторах более чувствительно к изменению температуры, чем
в схеме на биполярных транзисторах.
11.2.3 Схема балансировки
Как с очевидностью следует из нашего рассмотрения, невозможно создать
усилитель без напряжения смешения на входе. Другими словами, даже в том
случае, когда никакие внешние сигналы не подаются на вход усилителя, у
него на входе присутствуют несколько милливольт постоянного напряжения
как его собственное свойство. Для усилителей с большим коэффициентом
усиления это может быть серьезной проблемой: если результирующий
коэффициент усиления равен 1000, то один милливольт входного смещения
проявится как один вольт напряжения на выходе.
Когда усилитель предназначен для работы только с переменными сигналами и
на выходе применен разделительный конденсатор, он отсечет любое смещение
по постоянному току, и все будет в порядке, пока смещение не уведет точку
покоя так далеко, что имеющиеся выходные колебания будут ограничиваться.
Однако для того, чтобы усиливать по постоянному току, нам необходимы
какие-то средства регулировки выходного напряжения для установки нуля при
нулевом сигнале на входе. Эту функцию выполняет схема балансировки; она
состоит из потенциометра, подключаемого к ОУ извне. На рис. 11.4 показано
это крайне простое приспособление для установки нулевого смещения в ИС
741, с помощью которого можно компенсировать входные напряжения смещения
величиной примерно + 25 мВ.
ППГ1П
эА
о ¦.
ЬтйтЬтг
12 3 4
Рис. 11.4. Схема балансировки для ИС 741 (указаны номера выводов для
корпуса с 8 выводами, расположенными в два ряда).
278 "Строительные блоки" аналоговой электроники на интегральных
