Классификация электронных усилителей Пример расчета усилительного каскада Усилители тока Выпрямители Автогенератор Компенсационный стабилизатор напряжения

Инвертирующий усилитель постоянного тока

        В инвертирующем УПТ (рис. 12.1, а) резистор R3 поставлен для улучшения температурной стабильности режима (уменьшения ошибок сдвига и дрейфа нулевого уровня) и может отсутствовать. Операционный усилитель охвачен параллельной ООС по напряжению.

 

Рис. 12.1 – Схема инвертирующего масштабного УПТ
Электрические аппараты Лабораторные работы по электротехнике

        Для идеального ОУ коэффициент усиления УПТ определяется соотношением (11.14) при Z1=R1, Z2=R2. Следовательно, К ОС = R2 R1 .Такой усилитель инвертирует входной сигнал и изменяет его масштаб пропорционально отношению сопротивлений резисторов в цепи обратной связи. В измерительной технике его называют масштабным усилителем.

        Относительная погрешность коэффициента усиления за счет неидеальности резисторов (учитывающая их технологические и температурные погрешности Δ R 1  и Δ R 2 )

         γ[ Δ R 1 ,Δ R 2 ]= d K ОС K ОС = K ОС R 2 d R 2 + K ОС R 1 d R 1 K ОС = d R 2 R 2 d R 1 R 1 = γ R 2 γ R 1 ,

где γ R  - относительная погрешность резисторов.

        Для повышения точности масштабного усилителя в цепи ООС используются прецизионные резисторы с одинаковыми температурными коэффициентами сопротивления.

         С учетом конечности коэффициента усиления K реального ОУ (см. сигнальный граф, представленный на рис. 12.1, б) уточненное значение KОС можно записать в виде

         K ОС = μK 1+Kβ = R2 / R1 1+ 1 Kβ .

         Относительная погрешность KОС за счет нестабильности коэффициента усиления K операционного усилителя зависит от глубины обратной связи 1+Kβ=A=K/ K ОС :

         γ[ ΔK ]= γ K 1+Kβ , где γ K = ΔК К   -относительная нестабильность коэффициента усиления операционного усилителя K . При изменении температуры окружающей среды на десятки градусов она может составлять десятки процентов.

        Например, при K= 10 5 , K ОС =100, γ K =±50%  получаем

         γ [ Δ K ]= 50 100 10 5 =± 0,05 % .

        Возможная величина сдвига нулевого уровня (значение выходного напряжения при нулевом входном напряжении УПТ) определяется напряжением смещения и входными токами реального ОУ (эквивалентная схема для расчета этого параметра приведена на рис. 12.2):

Рис. 12.2 - Эквивалентная схема для оценки сдвига нулевого уровня

         Δ U вых сдв = R1+R2 R1 ( U см + I + R3 I R1R2 R1+R2 ) .(12.1)

        Резистор R3 вводится в усилитель с целью уменьшить погрешность сдвига от входных токов I+ и I . В случае равенства этих токов полная коррекция погрешности достигается при R3= R1 R2 . Однако в общем случае входные токи ОУ не равны друг другу. Имеется не равный нулю разностный входной ток Δ I вх = I + I . Поэтому при выполнении условия компенсации можно записать соотношение (12.1) в виде

         Δ U вых сдв = R1+R2 R1 ( U см +Δ I вх R1R2 R1+R2 )= U см ( 1+ R2 R1 )+Δ I вх R2 .

        С помощью балансировки нуля при комнатной температуре погрешность сдвига можно скорректировать до нуля. Но при изменении температуры окружающей среды может появиться погрешность дрейфа за счет температурной нестабильности U см  и Δ I вх ( ΔТ  - диапазон изменения температуры):

         Δ U вых др =δ U см ( 1+ R2 R1 )ΔТ+δΔ I вх R2ΔТ .

        Входное сопротивление УПТ (как усилителя с параллельной ООС)

         R вх =R1+ r вх R2 1+K R1 .

        Выходное сопротивление УПТ (как усилителя с ООС по напряжению)

         R вых = r вых 1+Kβ .

        Если передаточная функция операционного усилителя описывается выражением К( р )= К 1+р τ оу , где τ оу =К/ 2π f 1 , то передаточную функцию инвертирующего УПТ можно записать в виде К ОС ( р )= R2 / R1 1+р τ оу 1+Кβ .

        Верхняя граничная частота полосы пропускания УПТ на уровне 3 дБ определяется соотношением f в = f 1 1+ R2 R1 .

        Она тем меньше, чем больше коэффициент усиления УПТ.

Радиотехнические устройства. Электронные усилители, генераторы, стабилизаторы. Схемотехника


На главную