Elektronika W Zad cz 3 

W Ciążyński - ELEKTRONIKA W ZADANIACH Część 5 Idealne wzmacniacze operacyjne w zastosowaniach liniowych

O +£

Rvs. W5.3

9. Charakterystyka statyczna U o = f(£/*) jest dla idealnego wzmacniacza różnicowego prostą o nachyleniu równym kd przechodzącą przez zero układu współrzędnych. Dla wzmacniacza opisanego zależnością (W5.5) prosta ta jest przesunięta o wartość zależną od napięcia wspólnego Ucm• Dla rzeczywistego WO przesunięcie charakterystyki U o = f(Ud) zależy także od wartości napięcia zasilającego, oraz od temperatury. W konkretnych warunkach pomiaru, tzn. dla ustalonych wartości napięcia zasilającego i temperatury przy zwarciu ze sobą obydwu wejść i podłączeniu ich do masy przewodami o pomijalnej rezystancji (Ud = 0 i Ucm = 0, jak na rysunku W5.3) napięcie wyjściowe Uo nie jest jednak równe zeru.

Charakterystyka statyczna Uo = f(Ud) która dla idealnego wzmacniacza byłaby prostą o nachyleniu równym kd przechodzącą przez zero układu współrzędnych (pokazano ją linią ciągłą na rysunku W5.4) jest w rzeczywistości przesunięta.    ^u-

U10

-—o-

⁰    +lm V    U,

o

-lw V

Wśród danych katalogowych rzeczywistego WO można znaleźć parametr określający wartość tego przesunięcia zwany wejściowym napięciem niezrównoważenia Uio (ang. input offset voltage). Parametr ten określa wartość napięcia wyjściowego w opisanej sytuacji zwarcia wejść do masy, ale przeliczoną na odpowiadające jej napięcie wejściowe (podzieloną przez wzmocnienie). Zgodnie z tą definicją podanie napięcia -Uio pomiędzy wejścia WO powinno sprowadzić napięcie wyjściowe Uo do zera. W rzeczywistości dla typowych wartości Uio= 1 mV i kd= 10⁶ w pokazanej na rysunku W5.3    ”

Rvs. W5.4

sytuacji WO z otwartą pętlą sprzężenia zwrotnego napięcie wyjściowe musiałoby wynosić Uo = kdUio = 1000 V, co oczywiście nie jest możliwe. Ponieważ wartość Uio podaną w katalogu dla danego typu WO należy traktować jako maksymalną dopuszczalną wartość bezwzględną wejściowego napięcia niezrównoważenia, to charakterystyka przejściowa dla każdego egzemplarza WO o podanych parametrach leżałaby pomiędzy dwoma granicznymi charakterystykami pokazanymi na rysunku W5.4 liniami przerywanymi. Rysunek nie jest wykonany w skali, w rzeczywistości nachylenie charakterystyk przy podanej wartości wzmocnienia kd - 10⁶ byłoby znacznie większe (charakterystyki w obszarze aktywnym biegną prawie pionowo).

Typowy egzemplarz WO o podanych parametrach połączony jak na rysunku W5.3 znajdowałby się w stanie nasycenia, napięcie wyjściowe byłoby bliskie napięciu zasilania +E lub -E, a próba obliczenia dla tego egzemplarza Uio przez podzielenie zmierzonej wartości Uo przez znaną wartość wzmocnienia kd dałaby całkowicie błędny wynik. Widać więc wyraźnie, że podana definicja wejściowego napięcia niezrównoważenia ma sens tylko teoretycznie. W rzeczywistości musimy ten parametr mierzyć po ograniczeniu wzmocnienia WO w układzie z ujemnym sprzężeniem zwrotnym (najlepiej w układzie wtórnika napięcia, tzn. przy wzmocnieniu napięciowym ograniczonym do wartości k_u = 1).

W. Ciązyński - ELEKTRONIKA W ZADANIACH Część 5: Idealne wzmacniacze operacyjne w zastosowaniach liniowych

(W5.9)

10. Współczynnik temperaturowy wejściowego napięcia niezrów

o.U _lo —

At/,₀

A T podawany w [pV/K] określa w jakim stopniu zmiana temperatury wpływa na przesunięcie charakterystyki przejściowej (na wartość wejściowego napięcia niezrównoważenia WO).

11. Współczynnik wpływu zmian napięć zasilających (ang. supply voltage rejection ratio, SVRR):

SVRR = ^-!2-    (W5.10)

AE

podawany w [pV/V] określa w jakim stopniu zmiana napięcia zasilającego wpływa na przesunięcie charakterystyki przejściowej (na wartość wejściowego napięcia niezrównoważenia Uio)•

W rzeczywistym układzie ze sprzężeniem zwrotnym (inaczej niż na rysunku W5.3) pomiędzy wejściami // i NI a masą występują pewne rezystancje i prądy polaryzacji wejść wywołują powstanie na nich napięć. Niezrównoważenie WO w takim układzie (przesunięcie jego charakterystyki przejściowej) zależy zarówno od parametru Uio jak i od ho• Wzmacniacze operacyjne mają specjalne wyprowadzenia do korekty takiego niezrównoważenia - do „zerowania” wzmacniacza. Istnieje też wiele technik układowych takiego zerowania, co powoduje, że czasem cenniejsze okazują się nie małe wartości parametrów Uio i ho, ale małe wartości ich współczynników temperaturowych i SVRR, decydujące o stałości charakterystyki po wyzerowaniu wzmacniacza. Dokładniej te zagadnienie zostaną przeanalizowane w części 6. zbioru.

12. Dopuszczalny zakres zmian napięć zasilających, to zakres wartości napięć +£ i -E, przy których WO zachowuje gwarantowane wartości swoich parametrów.

13.    Dopuszczalny zakres wartości napięcia wspólnego Ucm> to zakres wartości napięcia wspólnego przy których WO zachowuje gwarantowane wartości swoich parametrów.

14.    Zakres zmian napięcia wyjściowego Uo, to zakres wartości jakie może przyjmować napięcie wyjściowe WO. Stopień wyjściowy WO, to prawie zawsze komplementarna para tranzystorów w układzie wzmacniacza mocy klasy 2B. Napięcie na ich połączonych ze sobą emiterach może zbliżyć się do napięcia zasilania +E lub -E o wartość napięcia Uce przewodzącego tranzystora. W katalogach spotyka się ostrożne określenie, że zakres zmian Uo wynosi np. ±|E —2 V|. W rzeczywistości „strata napięcia” jest znacznie mniejsza od 2 V i jeśli założymy, że w danych warunkach pracy układu możliwe jest nasycenie tranzystorów stopnia mocy, a ich napięcia w stanie nasycenia U_CEs są bardzo małe, możemy zakładać że zakres zmian U o jest prawdę równy ±E. Takie założenie przyjęto w zadaniach tej części zbioru.

15.    Charakterystyka częstotliwościowa wzmacniacza z otwartą pętlą sprzężenia zwrotnego dla małych amplitud sygnału wykazuje przeważnie dwa załamania wynikające z częstotliwości granicznych dwu pierwszych stopni wzmocnienia. WO to układy trzystopniowe, ale częstotliwość graniczna stopnia wyjściowego WO (stanowiącego komplementarny wzmacniacz mocy pracujący w klasie 2B, w którym tranzystory są włączone w konfiguracji WK) leży znacznie wyżej. 3dB-owa

-13-