27. Операционные усилители.
Операционный усилитель (ОУ) — усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и, как правило, единственным выходом, имеющий высокий коэффициент усиления. ОУ почти всегда используются в схемах с глубокой отрицательной обратной связью, которая, благодаря высокому коэффициенту усиления ОУ, полностью определяет коэффициент передачи полученной схемы.
Инвертирующий вход – фаза на выходе не совпадает, неинвертирующий – совпадает.
Идеальный ОУ имеет бесконечно большое входное сопротивление, нулевое выходное сопротивление и бесконечно большой коэффициент усиления.
Параметры ОУ: смещение или напряжение сдвига нуля, входные токи смещения, разность входных токов, входное сопротивления, коэффициент ослабления синфазного сигнала, коэффициент шума, выходное напряжение и выходной ток, коэффициент усиления, полоса пропускания, скорость нарастания выходного напряжения, время установления выходного напряжения, время восстановления.
Специфические параметры: коэффициент усиления дифференциального сигнала Kд = Uвых /Uвх д (дифференциальный сигнал – напряжения между одним из входов и общей точкой системы);
коэффициент ослабления синфазного сигнала – Косл сф = Кд / Ксф (показывает, во сколько раз коэффициент передачи дифференциального сигнала больше коэффициента передачи синфазных сигналов), дифференциальное входное сопротивление (сопротивление со стороны любого входа при подключении другого к общей точке схемы).
Шумы в электронных схемах.
ШУМЫ ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ, электрические шумы, сопровождающие процессы генерирования, усиления или преобразования полезных сигналов электронными приборами. Определяют мин. (пороговую) величину полезного сигнала, при к-рой он ещё может быть воспроизведён или усилен без искажений, приводят к уширен и ю спектральной линии генерируемых колебаний. В общем случае вклад в Ш. э. п. вносят как естеств. шумы (дробовые, фликкерные, тепловые), так и техн. шумы.
Вредное влияние естеств. Ш. э. п. на качество работы прибора может быть значительно ослаблено спец. техн. мерами, учитывающими физ. природу каждого из этих шумов. Так, для снижения уровня дробового шума в ЭВП используют такие режимы их работы, при к-рых ток катода меньше полного тока электронной эмиссии (режим пространств, заряда). При работе в таких режимах вблизи катода возникает минимум потенциала (виртуальный кагод), демпфирующий флуктуации тока катода (явление т. н. депрессии дробового шума пространств, зарядом). Указанный механизм успешно используется в диапазоне достаточно низких частот, для к-рого несущественно влияние эффектов, связанных с конечным временем пролёта эл-нов от катода к аноду (пролётных эффектов). В диапазоне СВЧ механизм подавления дробовых шумов значительно сложнее (см. Электронный поток).
Для понижения дробового и фликкерного шумов ЭВП большое значение при разработке и изготовлении этих приборов придаётся повышению однородности катода, тщательному обезгаживанию, приведению всех узлов прибора и его параметров в стабильное состояние в ходе тренировки электронных приборов. Осн. путь снижения тепловых Ш. э. л. (как это следует из ф-лы Найквиста) — уменьшение активных потерь в элект-родинамич. системах приборов, понижение темп-ры (охлаждение приборов). Снижение уровня шумов в ПП приборах достигается след. мерами: уменьшением паразитных контактных сопротивлений; уменьшением времени пролёта носителей заряда; уменьшением ёмкостей ПП приборов; совершенствованием технологич. процесса с целью обеспечения заданного состава исходных материалов и профиля легирования разл. областей структуры ПП прибора (см., напр., Малошумящий транзистор).
Технические Ш.». п. Применительно к ПП приборам термин «технические шумы» обычно не употребляется. Среди техн. шумов ЭВП осн. значение имеют шумы токораспре деле ни я, шумы вторичной электронной эмиссии, ионный шум, а также шумы контактные, вибрационные и др. Шумы токораспределеиия возникают из-за случайного перераспределения тока между электродами прибора, что приводит к увеличению флуктуации в его электронном потоке. Осн. средство борьбы с такими шумами — упучше-ние токопрокождения в приборе- Шумы вторичной электронной эмиссии заключаются в дополнит, флук-туациях ВЧ поля, индуцируемого вторичными эл-нами, испускаемыми электродами прибора (в основном коллектором). Такие шумы успешно подавляют, используя для электродов материалы с низким коэф. вторичной эмиссии, а также спец. конструкции коллекторных узлов, препятствующие проникновению вторичных эл-иов в электродина-мич. систему. Ионные шумы обусловлены электронно-ионными столкновениями, бомбардировкой катода ионами, а также плазменными колебаниями ионов, модулирующими ВЧ сигнал. Ионные шумы подавляются тщательным обезга-живанием прибора, устранением в нём ионных ловушек, в частности в области катода. К техн. шумам относят также Ш. э. п. в узкой полосе частот, напр. гудение, вызванное магн. полем тока подогревателя катода, микрофонный эффект, трески, возникающие при вибрации приборов -и попадании в их рабочее пространство посторонних ч-ц, шорохи, появляющиеся при ухудшении межэлектродной изоляции.
При количеств, оценке Ш. э. п. обычно отвлекаются от учёта каждого отд. источника шума, рассматривая нек-рые эквивалентные источники (генераторы шумового тока или шумового напряжения). Напр., шумовые св-ва электронных усилит, ламп характеризуют эквивалентным шумовым сопротивлением, находящимся при темп-ре 293 К и включённым на вход последовательно с источником сигнала. В др. случаях может рассматриваться согласованное с нагрузкой сопротивление, находящееся при нек-рй эквивалентной темп-ре , и ли акти вный четырёхполюсник, характеризуемый нек-рыми обобщёнными параметрами (шума коэффициентом или шумовой темп-рой).