Операционные усилители. Аналоговые вычисления. Устройство выборки и хранения. Компараторы, страница 3

напряжение смещения нуля U_см–постоянное напряжение на выходе усилителя при нулевом входном сигнале. Другими словами, это напряжение, которое надо подать между входами усилителя для получения нуля на выходе; оно может иметь значение от долей до десятка мВ.

синфазная составляющая в выходном сигнале. Дифференциальный усилитель должен усиливать разность напряжений между входами и подавлять синфазный сигнал, т.е. сигнал, измеренный относительно «земли». Присутствие в выходном сигнале синфазной составляющей вносит погрешность, которую можно оценивать с помощью такой характеристики усилителя, как коэффициент ослабления синфазного сигнала K_сф, измеряемого в децибелах. Величина K_сф составляет примерно 60–90 дБ.

Оценим влияние напряжения смещения нуля на точность суммирования, представив U_см в виде источника напряжения, включенного на положительном входе ОУ, как это показано на рис.10.

Рис.10

Интеграторы

Интегрирующим усилителем (интегратором) называется ОУ, охваченный отрицательной обратной связью и выполняющий операцию интегрирования напряжения. Интеграторы являются основой для построения устройств выборки и хранения и генераторов, управляемых напряжением, широко используемым при построении АЦП. Схемы простейших интеграторов приведены на рис.

 

Пренебрегая входным током можно записать:

  и 

Решая совместно эти уравнения и исключив U_S(t) получим

Проинтегрировав выражение, получим:

                                      (1)

При K®¥ K/(K+1) @ 1 и первый член правой части полученного выражения с большой степенью точности представляет собой формулу идеального интегрирования:

Второй член выражения (1) – определяет методическую погрешность.

Погрешности интегратора

В реальных схемах на точность интегрирования влияют:

·  конечное значение коэффициента усиления ОУ;

·  погрешности, определяемые входными токами ОУ;

·  дрейф нуля ОУ;

·  первичные погрешности элементов R и C;

·  динамические погрешности.

Поскольку две первые составляющие аналогичны этим же составляющим погрешности суммирующего усилителя, то их детальное рассмотрение опустим.

Погрешность от дрейфа нуля ОУ имеет наибольшее значение и равна:

 где e_др(t) – напряжение дрейфа нуля, приведенное ко входу ОУ.

Дрейф нуля усилителя – это медленно изменяющийся процесс, поэтому наибольшее влияние оказывает второй член приведенного выражения. Допустим e_др(t) = const, тогда  т.е. напряжение ошибки на выходе растет по линейному закону. Например, пусть e_др(t) = 1мВ, R = 10кОМ, С = 1мкФ и t = 10сек., тогда !

Погрешность, вызываемая первичными погрешностями элементов R и C, может быть определена в соответствии с выражением:

Емкость конденсатора зависит от температуры, поэтому, для повышения стабильности значений С, конденсатор необходимо термостатировать. Помимо температурной нестабильности на точность интегратора влияет величина сопротивления утечки конденсатора, явление абсорбции в диэлектрике, а также паразитные емкости и токи утечки монтажа. Конечное значение сопротивления утечки и паразитные емкости изменяют постоянную времени интегрирования. Уменьшить влияние перечисленных факторов можно, используя конденсаторы с большим сопротивлением утечки (например, полистироловые, тефлоновые и т.п.), тщательный монтаж, экранирование. Важное значение имеют параметры ключа в цепи задания начальных условий (разряда) конденсатора. Явление абсорбции в диэлектрике конденсатора заключается в следующем. Будучи вначале заряженным, а потом разряженным, конденсатор может постепенно восстанавливать часть первоначального заряда.

Генератор, управляемый напряжением

Генератор, управляемый напряжением (ГУН),–это схема, формирующая последовательность импульсов, частота повторения которых пропорциональна значению входного напряжения. Подобные устройства применяются в аналого–цифровых преобразователях (АЦП) высокого разрешения с прецизионными интеграторами (с большим временем интегрирования); в 2-х проводных цифровых системах передачи данных с высокой помехоустойчивостью; в цифровых вольтметрах и так далее.

 

На рис.  Показана схема, работающая по принципу уравновешивания заряда.