Операционные усилители, страница 5

Ошибка интегрирования d =1/m в схеме рис. 7а значительно меньше ошибки d=[(R₁-R₃)/R₁-(R₂-R₄)/R₂] в схеме рис. 76. Частотные свойства ОУ в области верхних частот сказываются на точности интегрирования в случае малой постоянной времени интегратора. Основная проблема при построении интеграторов - это дрейф нуля ОУ. Для борьбы с этим фактором описанные интеграторы применяют либо в составе более сложных схем, охваченных отрицательной ОС по току, либо применяют интеграторы со сбросом.

2.3. Дифференциаторы

Схема инвертирующего дифференциатора получается из схемы соответствующего интегратора (рис 7а), если поменять местами резистор R, и конденсатор С (рис 8а). Выходное напряжение определится следующей формулой:

Передаточная функция и частотные характеристики дифференциатора для идеального ОУ описываются выражениями

Ограниченность коэффициента усиления операционного усилителя и его частотные свойства сказываются для  дифференциатора в области верхних частот (пунктирная линия на рис. 9 ). Однако основная погрешность дифференцирования возникает из-за высокочастотных электрических шумов операционного усилителя, поскольку в области достаточно высоких частот отрицательная

Рис. 8. Дифференциаторы а - идеальный; б -реальный

обратная связь практически не действует (сопротивление конденсатора С становится малым) и напряжение шума на выходе ОУ оказывается значительным. Поэтому реально схема на рис 8а может работать только в составе более сложной схемы, имеющей достаточно глубокую общую отрицательною обратную связь в области высоких частот.

Рис. 9. АЧХ (а) и ФЧХ (б) дифференциатора

С целью уменьшения выходного напряжения шума последовательно с конденсатором С включают резистор R₁ (рис. 86). что увеличивает глубину отрицательной обратной связи на высоких частотах. В этом случае выражения функции передачи и частотных характеристик имеют следующий вид

где ошибка дифференцирования d(p)=рCR₁, зависит от частоты. Путем рационального выбора величины сопротивления R₁, ее можно сделать приемлемой в диапазоне рабочих частот, обеспечив в то же время достаточно низкий уровень выходного напряжения высокочастотного шума.

2.3. Усилители-ограничители

Усилитель-ограничитель при малых входных сигналах работает как линейный усилитель, но если напряжение на входе превысит установленный предел, то он переходит в нелинейный режим, и на его выходе поддерживается постоянный уровень напряжения (при этом, конечно, имеют место нелинейные искажения сигнала). Вообще говоря, любой усилитель при достаточно больших входных напряжениях переходит в режим ограничения, однако при этом величина ограниченного выходного напряжения определяется выходным каскадом усилителя и напряжением источника питания и не может быть задана произвольно. К тому же быстродействие усилителя в режиме ограничения получается низким, так как в этом режиме происходит насыщение транзисторов выходного каскада усилителя. Поэтому в усилителе-ограничителе уровень ограничения устанавливается ниже уровня ограничения собственно усилителя, для чего в цепь отрицательной обратной связи ОУ включаются нелинейные элементы (рис. 10).