Схемы балансировки напряжения сдвига

В спецификации на выпускаемые производителем операционные усилители, как правило, имеются рекомендации по схемам балансировки напряжения сдвига. ОУ спроектирован так, что для минимизации ошибок сдвига от пользователя не требуется больших усилий.

К специальным выводам, называемым «баланс нуля» или «подстройка», подключается переменный резистор.

Обратите внимание, что на схеме (рис. 1.6) изготовители показывают номера зажимов (1, 5) и источник – V питания (4), куда подсоединяют выводы переменного резистора и предполагают, последовательно с входом (+) будет установлен резистор компенсации токов смещения.

Методика настройки нуля выходного напряжения.

1. Соберите схему. Включите в нее резистор компенсации токов (рис.1.4.) и схему балансировки напряжения сдвига в соответствии с рекомендациями изготовителя ОУ.

2. У меньшите до нуля сигналы входных генераторов. Если это невозможно, замените их резисторами с сопротивлениями, равными их внутренним сопротивлениям. Такая замена не нужна в случае, если внутренние сопротивления генераторов пренебрежительно малы (т.е. составляют не более 1 %) по сравнению с любым из последовательно включенных с генератором резисторов R_вх.

3. Подключите нагрузку к выходному зажиму.

4. Включите питание и подождите несколько минут пока установится режим.

5. Подключите вольтметр постоянного тока к нагрузке для измерения V_вых. (Чувствительность прибора должна быть такой, чтобы можно было обнаружить напряжение в несколько милливольт.)

6. Подкручивайте подстроечный потенциометр балансировки сдвига до тех пор, пока прибор не покажет V_вых=0 В, этим компенсируются ошибки в выходном напряжении как от входного напряжения сдвига, так и от входного тока сдвига.

7. Восстановите цепи источников сигналов и больше не трогайте резистор подстройки нуля сдвига.

Дрейф

Температурные изменения тока и напряжения сдвига выражают понятие дрейф. Дрейф тока сдвига дается обычно в спецификациях в наноамперах на градус Цельсия (нА/˚С), а для напряжения сдвига – в микровольтах на градус Цельсия(мкВ/˚С).

Дрейф при различных значениях тепературы может иметь различную величину и даже знак. Например, при низких температурах может быть дрейф V_{вх сдв}= +20 мкВ/˚С, а при высоких температурах V_{вх сдв} может изменяться на – 10 мкВ/˚С

Приведенный ниже пример показывает, как вычисляется влияние дрейфа на выходное напряжение.

Пример 5.

Операционный усилитель К140УД7 имеет следующие параметры, характеризующие дрейф

При изменении температуры от 25 до 75 ˚С ток I_{вх сдв} изменяется не более чем на 0,4 нА/˚С, а напряжение V_{вх сдв} не более чем на 6 мкВ/˚С.

Предположим, V_вых было настроено на нуль при t =25 ˚С. Определить максимальную ошибку, вносимую в выходное напряжение схемы инвертирующего усилителя R_ос=100 кОм; R_вх =1кОм дрейфом при изменении температуры до 75 ˚С.

Решение:

1. Напряжение V_{вх сдв} при t = 75 ˚С будет

2. Напряжение V_вых за счет изменения V_{вх сдв} при 75 ˚С будет (4.4.23)

3. Ток I_вх сдв за счет изменения температуры на 50 ˚С максимально изменится на

4. Напряжение у V_вых из-за изменений I_{вх сдв} будет меняться (.22) на величину

5. Изменения в V_вых, вызванные V_{вх сдв} и I_{вх сдв} могут складываться друг с другом, либо вычитаться. Поэтому в наихудшем случае:

Вопросы и упражнения 1..

1. Что такое идеальный усилитель?

2. Нарисовать схему инвертирующего усилителя и описать его работу.

3. Нарисовать схему не инвертирующего усилителя и описать его работу.

4. Нарисовать схему дифференцирующего усилителя и описать его работу.

5. Что такое смещение, сдвиг, дрейф, синфазная помеха ОУ?.

6. Компенсация влияния токов смещения

7. Какие параметры ОУ влияют на вид сигнала?

упражнения 1.1

Вариант1 Рассчитать схему инвертирующего усилителя, если: максимальный входной сигнал Е_вх= 0,05 В.; напряжение питания V_{питания} = ±12 В.; R_н=5 кОм. R_вх=5 кОм

Определить: I_вх, V_вых, R_ос, I_вых.

Вариант2 Рассчитать схему инвертирующего усилителя, если: максимальный входной сигнал Е_вх= 0,01 В.; напряжение питания V_{питания} = ±10 В.; R_н=5 кОм. R_вх=10 кОм

Определить: I_вх, V_вых, R_ос, I_вых.

Вариант3 Рассчитать схему инвертирующего усилителя, если: максимальный входной сигнал Е_вх= 0,101 В.; напряжение питания V_{питания} = ±12 В.; R_н=5 кОм. R_вх=1 кОм

Определить: I_вх, V_вых, R_ос, I_вых.

упражнения 1.2

Вариант1 Рассчитать схему не инвертирующего усилителя, если: максимальный входной сигнал Е_вх= 1 В.; напряжение питания V_{питания} = ±9 В.; R_н=3 кОм. R₁=3 кОм.

Определить: I_вх, V_вых, R_ос, I_вых.

Вариант2 Рассчитать схему не инвертирующего усилителя, если: максимальный входной сигнал Е_вх= 0,101 В.; напряжение питания V_{питания} = ±12 В.; R_н=5 кОм. R₁=1 кОм.

Определить: I_вх, V_вых, R_ос, I_вых.

Вариант3 Рассчитать схему не инвертирующего усилителя, если: максимальный входной сигнал Е_вх= 0,01 В.; напряжение питания V_{питания} = ±10 В.; R_н=10 кОм. R₁=10 кОм.

Определить: I_вх, V_вых, R_ос, I_вых.

упражнения 1.3

Вариант1 В схеме инвертирующего усилителя R_ос=100 кОм

Найти оптимальную величину компенсирующего сопротивления R для случаев, когда R_вх равно а) 1 кОм, б) 100 кОм., в) 15 кОм

Вариант2 В схеме инвертирующего усилителя R_ос 500 кОм

Найти оптимальную величину компенсирующего сопротивления R для случаев, когда R_вх равно а) 1 кОм, б) 100 кОм., в) 200 кОм

Вариант3 В схеме инвертирующего усилителя R_ос 2 мОм

Найти оптимальную величину компенсирующего сопротивления R для случаев, когда R_вх равно а) 1 кОм, б) 0,5 кОм., в) 500 кОм

упражнения 1.4

ОУ имеет следующие параметры, характеризующие дрейф

При изменении температуры от 20 до 70 ˚С ток I_{вх сдв} изменяется не более чем на 0,1нА/˚С, а напряжение V_{вх сдв} не более чем на 5 мкВ/˚С.

Предположим, V_вых было настроено на нуль при t =20 ˚С. Определить максимальную ошибку, вносимую в выходное напряжение схемы инвертирующего усилителя дрейфом при изменении температуры до 70 ˚С., если: максимальный входной сигнал Е_вх= 0,05 В.; напряжение питания V_{питания} = ±12 В.

Вариант1 В схеме инвертирующего усилителя R_ос 2 мОм; R_вх1 кОм,

Вариант2 В схеме инвертирующего усилителя R_ос 20 кОм; R_вх1 кОм,

Вариант3 В схеме инвертирующего усилителя R_ос 10 кОм; R_вх1 кОм,