Дрейф нуля в усилителях постоянного тока

 

Основными причинами дрейфа нуля являются: температурная нестабильность параметров транзисторов, изменение питающих напряжений, постепенное изменение параметров активных и пассивных элементов вызванное их старением и др.

Дрейф первого каскада усиливается всеми последующими каскадами и составляет основную долю полного дрейфа на выходе усилителя. Поэтому основное внимание уделяют уменьшению дрейфа первых каскадов.

Схемные методы уменьшения дрейфа нуля:

― использование мостовых схем;

― использование в цепях, определяющих режим работы каскада, источников неизменного тока;

― использование УПТ с преобразованием сигнала;

― использование УПТ с периодической коррекцией выходного напряжения.

К мостовым схемам относятся последовательно и параллельно балансные каскады, дифференциальные каскады.

Полевые транзисторы обладают значительно меньшей зависимостью параметров от температуры, следовательно, и меньшим дрейфом. Но полевые транзисторы обеспечивают меньшее усиление каскада, чем биполярные. Это приводит к тому, что в дрейфе нуля выходного уровня начинает заметно сказываться составляющая, обусловленная нестабильностью последующего каскада, увеличивая этим полный дрейф.

В усилителе с преобразованием сигнала для борьбы с дрейфом входной низкочастотный сигнал предварительно модулирует сигнал высокой частоты. Модулированный сигнал усиливается усилителем переменного тока, который не обладает дрейфом нуля, затем его демодулируют. По принципу модулятор-демодулятор построена интегральная микросхема К140УД13.

 

 

7.4. Контрольные вопросы по теме

1. Каковы причины дрейфа нуля? Методы снижения дрейфа нуля.

2. Приведите принципиальную и эквивалентную схемы УПТ.

3. Нарисуйте типичные амплитудную, частотную и фазовую характеристики УПТ.

4. Укажите особенности обеспечения стабильности работы многокаскадных УПТ.

5. Почему дрейф нуля в усилителях переменного тока значительно меньше, чем в УПТ?

6. Какие вы знаете схемные методы уменьшения дрейфа нуля?

7. Какие вы знаете конструктивные методы уменьшения дрейфа нуля?

8. Каково назначение схемы сдвига уровня?

9. Как осуществляется согласование потенциалов на входе УПТ?

10. Поясните особенности схемного построения усилителей постоянного тока.

 

Литература по разделу 7: [2; с. 268 — 278]; [3, с. 267 — 274]; [5, с. 294 — 320].

 

 

ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ

 

Основные понятия

 

Операционным усилителем (ОУ) называют усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и несимметричным выходом, имеющий весьма высокие коэффициенты усиления и входное сопротивление. В аналоговой вычислительной аппаратуре эти усилители используют для проведения различных математических операций (отсюда термин «операционный усилитель»).

Идеальный операционный усилитель имеет следующие свойства: коэффициент усиления в бесконечно широкой полосе частот бесконечно велик, входное сопротивление бесконечно велико, а выходное — близко к нулю. Как правило, в современных ОУ удается получить за счет других одну из характеристик ОУ, близкую к идеальной.

Состояние, когда при входном напряжении равном нулю, выходное напряжение (D U _вых) также равно нулю, называется балансом ОУ. Однако в реальных ОУ условие баланса обычно не выполняется, т. е. наблюдается разбаланс.

Входным напряжением смещения нуля U _вх.см называют напряжение, которое необходимо подать на вход ОУ для создания баланса. Напряжения U _вх.см и D U _вых связаны соотношением

 

U _вх.см = D U _вых / К,

 

где U _вх.см — входное напряжение смещения нуля;

D U _вых — напряжение на выходе ОУ, обусловленное разбалансом;

К — коэффициент усиления операционного усилителя.

Основными причинами разбаланса ОУ являются:

1) существующий разброс параметров элементов операционного усилителя;

2) зависимость от температуры параметров ОУ, которая вызывает температурный дрейф входного напряжения смещения нуля и температурный дрейф выходного напряжения.

Обычно балансировку осуществляют с помощью внешних цепей, подключаемых к специальным выводам ОУ.