Входные преобразователи. Обработка сигнала, страница 35

Рис. 3.41  Измерительный усилитель с отдельным дифференциальным входным каскадом.

что отрицательная обратная связь изменится и станет положительной. Усилитель может начать сам по себе вырабатывать сигнал, то есть генерировать, если не принять соответствующих мер для предотвращения этого явления.

Другой эффект, который нами еще не рассмотрен, состоит в том, что реальный операционный усилитель не является идеальным также и в статике. Одно из проявлений неидеальности — смещение (аддитивная помеха), обусловленное током смещения усиливающих элементов на входе операционного усилителя. Эти элементы таковы, что во входных клеммах должен течь малый ток, который называется входным током смещения. Любая асимметрия на входе схемы также вызовет появление ошибок смещения в выходном напряжении. Зная выходное напряжение, можно определить (простым делением выходного напряжения на A₀) соответствующее ему входное напряжение, называемое напряжением смещения, приведенным ко входу. Напряжение смещения V_off и входной ток смещения 1_Ьiaas почти полностью определяются типом усилительного элемента во входном каскаде операционного усилителя. Мы уже упоминали, что можно компенсировать эти ошибки смещения. Однако V_off и I_bias изменяются также с температурой, поэтому при различных температурах компенсация не будет полной и остаточное смещение сохранится.

Значения напряжения смещения V_оff и входного тока смещения I_Ьias зависят от элементов во входном каскаде операционного усилителя. В случае интегральных биполярных транзисторов напряжение смещения составляет приблизительно 10 мкВ с температурной чувствительностью около 0,3 мкВ/К, а входной ток смещения равен примерно 4 нА с температурной чувствительностью 25 пА/К Для интегрального операционного усилителя, у которого на входе имеются полевые транзисторы с управляющим р — п переходом, эти значения равны соответственно 250 мкВ, 8 мкВ/К, 30 пА и З пА/К. Когда в качестве входных элементов используются МОП-транзисторы, соответствующие величины равны 200 мкВ, З мкВ/К, 20 пА и 0,1 пА/К. (Относительно большой входной ток смещения вызван схемой защиты транзисторов от пробоя статическим электричеством.)

Измерительные приборы в электрических измерениях____________

Тем не менее, в большинстве случаев современные интегральные операционные усилители являются более чем подходящими для построения очень хороших измерительных усилителей.

В тех случаях, когда смещение должно быть минимальным, иногда вместо обычного усилителя постоянного тока следует воспользоваться усилителем постоянного тока с преобразованием. В усилителе постоянного тока с преобразованием с помощью нелинейной операции (посредством модуляции) входное напряжение с постоянной составляющей преобразуется в амплитудно-модулированный сигнал. Затем этот переменный сигнал усиливается, после чего демодулируется, снова превращаясь в сигнал с постоянной составляющей. Остающиеся при этом высокочастотные составляющие отфильтровываются выходным фильтром нижних частот. Применяя модуляцию, можно достичь меньших значений V_off  и I_Ьias, чем в случае обычного усилителя постоянного тока.

Наиболее часто применяемый тип модулятора — переключающий модулятор, в котором очень быстро изменяется полярность входного сигнала. Говорят, что такой модулятор действует по принципу прерываний.

Усилитель постоянного тока с прерыванием можно объединить с обычным усилителем постоянного тока, чтобы создать так называемый усилитель с коррекцией дрейфа (см. рис. 3.42). Обычный усилитель постоянного тока должен иметь широкий частотный диапазон, но от него не требуется, чтобы он обладал очень хорошими свойствами по постоянному току. В схеме на рис. 3.42 напряжение V₀₂ представляет собой напряжение смещения этого усилителя А₀₂. Расчеты показывают, что благодаря наличию усилителя А_о1 смещение схемы в целом уменьшается до значения V_л2 / A_01. Чтобы избежать интерференции возможных высокочастотных составляющих сигнала с частотой прерываний, на входе усилителя с преобразованием включен фильтр нижних частот. Высокие частоты усиливаются только усилителем А₀₂, тогда как низкие частоты — обоими усилителями А₀₂ и А₀₁ Такой усилитель обеспечивает значительно меньшую ошибку смещения и очень большой коэффициент усиления в отсутствие обратной связи на низких частотах, равный  A₀₁ А₀₂ Поэтому в случае, когда этот усилитель используется в схеме с обрат