 |
|
Скорость нарастания выходного напряжения
Скорость нарастания (СН) выходного напряжения зависит от многих факторов, и, прежде всего, от:
1. коэффициента усиления усилителя;
2. наличия и величины ёмкости корректирующего конденсатора;
3. направления изменения выходного напряжения.
При единичном усилении скорость изменения выходного напряжения минимальна. Поэтому скорость нарастания указывается в спецификации на ОУ для Кос=1.
 |
Внутри ОУ или вне его всегда есть, по крайней мере, один конденсатор для предотвращения автоколебаний на высоких частотах, рис. 3.20.
Величина тока I, протекающего через корректирующий конденсатор С определяется как емкостью этого конденсатора, так и электрической схемой ОУ. Отношение максимального тока I к емкости корректирующего конденсатора С является максимальной скоростью нарастания:
Операционный усилитель μА741 способен отдавать в свою корректирующую цепь ток I = 15 мкА при емкости корректирующего конденсатора С=30 пФ. Скорость нарастания данного ОУ СН =15 мкА/30 пФ= 0,5 В/мкс.
Очевидно, что для увеличения скорости нарастания необходимо либо увеличить I, либо уменьшить С. Например, ОУ АD518 имеет СН=8В/мкс при I=400 мкА и С=50 пФ.
 |
Если подать на вход повторителя напряжения гармонический сигнал (рис. 3.21), максимальная скорость изменения которого превышает максимальную скорость нарастания ОУ, выходное напряжение будет искажено, рис. 3.22.
 |
Максимальная скорость изменения входного напряжения Евх равна 2πƒЕm.
Определить максимальную частоту, при которой выходное напряжение не искажается можно в соответствии со следующим выражением:
,
где ƒmax- максимальная частота, при которой выходное напряжение не искажено;
СН- скорость нарастания ОУ;
UВЫХ m - амплитудное значение неискаженного выходного напряжения.
Рассмотрим небольшой пример. Скорость нарастания ОУ μА741 равна 0.5 В/мкс.
Пусть необходимо определить на какой максимальной частоте можно получить неискаженное выходное напряжение с амплитудой 10 В и 1 В. Используя вышеприведенное выражение получим:
Максимальная частота неискаженного сигнала для полного размаха выходного напряжения ± 13 В (выход на полной мощности) равна:
.
Из рассмотренного примера следует, что чем больше амплитуда выходного напряжения, тем меньше максимальная частота неискаженного сигнала. При уменьшении амплитуды выходного напряжения частотный диапазон расширяется.
Кроме скорости нарастания на верхний частотный диапазон накладывает ограничение малосигнальная характеристика ОУ. Наименьшее из этих двух значений определяет фактическую предельную верхнюю частоту. В общем случае СН есть ограничивающий частоту фактор на большом сигнале, а АЧХ ограничивает верхнюю частоту на малом сигнале.
Шумы ОУ
Шумы - это паразитные электрические сигналы, присутствующие на выходе усилителя. Частота напряжений шумов лежит в диапазоне от сотых и тысячных долей герца до нескольких мегагерц.
Внутренние шумы можно смоделировать источником напряжений шумов Еш, являющимся внешним по отношению к идеальному ОУ, рис. 3.23.
В справочниках и спецификациях на ОУ напряжения шумов указываются в микровольтах (эффективное значение) для различных величин сопротивления источника входного сигнала в определённом диапазоне частот. Например, ОУ μА741 имеет суммарные шумы 2 мкВ в диапазоне частот от 10 Гц до 10 кГц при сопротивлении источника Rвх=0,1…20 кОм. При Rвх>20 кОм напряжение шумов возрастает прямо пропорционально Rвх. Поэтому для минимизации шумов на выходе ОУ сопротивление Rвх целесообразно выбирать не более 20 кОм.
Напряжение шумов усиливается также, как и напряжение сдвига, то есть:
,
где UВЫХ. Ш – напряжение шумов на выходе.
Для уменьшения влияния шумов на выходное напряжение целесообразно:
1. уменьшить величину сопротивления обратной связи Rос;
2. включать параллельно Rос конденсатор малой ёмкости (несколько пФ) для шунтирования сопротивления ОС на высоких частотах, рис. 3.23;
3. выбирать сопротивление Rвх ≈10 кОм и никогда не шунтировать его ёмкостью;
4. использовать резистор компенсации токов смещения;
5. избегать включения в схему между входом (–) и землёй ёмкость.
Следует иметь в виду, что в любой схеме между входом (–) и землёй имеется паразитная ёмкость соединительных проводов в несколько пФ. Поэтому в любом случае для минимизации шумов рекомендуется шунтировать Rос конденсатором. Добавка шунтирующего конденсатора повышает устойчивость и монотонность переходных процессов в схемах.